船舶生活污水處理系統存在的深層次缺陷

賈建雄

(中國船級社 浙江分社,浙江 寧波 315010)

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船舶生活污水處理系統存在的深層次缺陷

賈建雄

(中國船級社 浙江分社,浙江 寧波 315010)

針對船舶某類型生活污水處理系統存在的深層次缺陷，結合典型實例，通過設計原理分析和實驗論證該系統不滿足MARPOL的本質要求，提出解決方案，列舉生活污水處理裝置在港口國監督和船舶檢驗過程中發現的典型缺陷。希望引起船舶及設備制造、檢驗、經營等各相關方的重視。

船舶；生活污水；系統；缺陷；裝置

近年來，環境保護越來越受重視，越來越多的港區、港口、和錨泊區采取生活污水零排放禁令，越來越多的船舶設置了生活污水存儲艙，主要分為兩類:一類是滿足公約要求的集污艙，用于收集未經處理的污水；另一類是存儲艙(包括兼作艙和用于臨時存儲達標水的壓載艙臨)，用于收集經裝置處理后的達標污水，存儲艙設有直接的排放管系，待船舶駛離禁排港后直接排出舷外(指12 n mile內)，審圖中心批準這樣的設計；排放管理程序也明確采取直接排放的方式。但是，經存儲后排出的污水一項或多項指標(見MEPC.159(55)[1])超標，違反了公約的本質要求。因此，針對這一未被注意到的深層次缺陷，提醒船舶管路設計及審圖相關方給予重視。

1 某生活污水處理系統設計舉例

1.1 某生活污水處理系統工作原理簡述

圖1為生活污水處理系統(以下簡稱處理系統)，包含生活污水處理裝置(以下簡稱處理裝置)和生活污水存儲艙。生活污水存儲艙是基于在零排放港區或泊位禁止排放的一種特殊使用狀況而設計的，其臨時存儲經裝置處理的達標生活污水(以下簡稱污水)。根據批準圖紙，對照MARPOL[2]公約附則IV(以下簡稱附則IV)第9條，該船處理系統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處理的污水，而該存儲艙與集污艙不同。

1.2 此設計的優點

該系統采用了處理裝置加存儲艙的形式，即達標水可以根據航區或港區情況，選擇直接排外或暫時排入存儲艙。存儲艙加大了存儲體積，減少了船舶在禁排區購買一次性衛生設備的成本。

此外，若采用集污艙而非存儲艙，應考慮管理措施：12 n mile以內禁止排放。即使12 n mile以外，排放過程也要嚴格按照MEPC.157(55)決議制定的《未經處理的生活污水排放速率計算書》進行。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合協作，需要配備變量泵或需要專人密切監督、計算和測量。隨著各港口國組織的重視，未按照此計算書排放而被判定船舶管理體系運行存在缺陷，并且因超標排放而受到懲罰的船舶越來越多。而標題系統不存在這個問題[3]。

2 存在的缺陷

2.1 各指標的動態變化性

決議規定的5項指標是基于決議規定的試驗條件和試驗方式下測量的，污水一經排出至存儲艙后，便處于不同于在處理裝置內時的“受約束”狀態。此時，各項指標將隨著溫度、氧氣體積濃度等發生變化，尤其是嗜熱大腸桿菌。將駁入存儲艙1 h后的污水在不同環境溫度下抽樣檢測，5項指標均發生不同程度的變化，尤其是大腸桿菌發生巨大變化,見表1。

圖1 某生活污水處理系統工作原理示意

表1 不同環境溫度下的各指標差異

大腸桿菌的生長繁殖速度很快，1個菌體在第n次繁殖后，總數N=2n。在適宜的條件下，每隔15～30 min(約17 min)就繁殖一代。經處理的污水，在存儲艙內隨著儲存期限的增加其各項指標會發生顯著變化，尤其是大腸桿菌指標極容易超出公約標準[4]。

關于排出泵的設置，有的設在紫外線裝置的后部，有的設在其前部。經處理的污水，再僅經過紫外線這一道處理程序，均不能達到決議中的相關要求。

2.2 系統的管路設計

系統的設計圖(見圖1)顯示，存儲艙內的污水排出管是“接至生活污水排出泵進口”，即利用生活污水處理裝置的排出泵將存儲艙內的污水直接排出舷外[5]。

2.3 操作規程、泵的配置及普遍做法

根據船上的系統操作和管理程序，船舶駛離禁排港區或泊位后，船員將利用處理裝置的排出泵將存儲艙內的污水直接排出舷外。設備的操作和管理程序是船舶管理體系的重要組成部分。管理體系如此設置，是基于存儲艙用于儲存已經處理后達標的污水，既然已經達標，那么直接排出舷外似乎是理所當然的。調研結果顯示，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水，會導致海洋環境污染，甚至面臨巨額處罰。

3 技術分析

處理裝置是該系統的核心設備，該處理裝置的工作原理(見圖2)為：污水經粉碎泵粉碎曝氣后，與活性污泥混合，經過充氧以一定速度進入接觸柜1，其中的有機物被生物膜粘附消解生成二氧化碳和水；經接觸柜2生物膜進一步處理后，污水進入沉淀柜，經沉淀柜形成較為清潔的液體后，進入聚液柜，然后再經過濾器并經紫外線殺菌后成為達標水經排出泵排出。

圖2 生活污水處理裝置工作原理

其采用的技術標準是MEPC.159(55)決議。該決議要求的排出物標準為[1]：耐熱大腸桿菌標準:≤100個/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。

存儲柜屬于處理裝置的一個附屬件，也是系統的組成部分，因此整個系統的排放標準應滿足MEPC.159(55)決議。

此外，從操作層面上，附則IV已明確該系統排放應確保[2]：①處理裝置正在運轉；②排出物在其周圍的水中不應產生可見漂浮固體，也不應使水變色。

4 解決方案及結論

1)對于此類設置，若裝置的排出泵位于紫外線裝置的后部，則不應利用排出泵將存儲艙中的污水排出舷外，而應先將其駁至處理裝置的曝氣室。駁運應根據存儲艙的位置額外配置一臺泵，或利用裝置排出泵結合管路布置和閥的轉換[6]。

2)若裝置的排出泵在紫外線裝置的前面，則船舶建造廠應與設備廠確認污水各項指標是否會恢復至符合決議要求，進而選擇存儲艙排出管的連接位置。相關化驗報告及確認書應保留在船。

3)對于設置存儲艙的系統而言，存儲艙的本質是處理裝置的一部分，見圖3。對于圖3、圖4所示的形式，船舶設計院、建造廠應與處理裝置廠進行確認，并選擇恰當的管路布置形式，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。若排放未經處理的生活污水，那么這2種形式的艙室均應計入ISPP證書1.3，并且要從體系管理上進行控制，確保滿足附則IV。

圖3 系統設置存儲艙

圖4 系統設置兼用艙

4)部分船舶將經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境中，大腸桿菌超標存在極大可能性，因此這樣的做法是錯誤的。不少船舶在營運期間通過增加管路，將經處理的污水排入壓載艙，船舶監督檢驗相關方也因對此缺乏直接依據而未監管。

5 系統其他典型缺陷舉例

1)鉛封。處理裝置每個柜下部均有隔離閥(圖2中1～5)，用于裝置在用淡水清潔時，直接清除每個柜內的殘渣和污泥沉淀。即正常處理過程中，此閥均應按照說明書保持常閉或鉛封，因為生活污水只有經過這一些列柜的處理及后續處理(如紫外線)，才能達到決議的要求。

然而，營運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內時間長，且污水排量大，裝置經常報警，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，或者主觀上根據管路操作系統。但是，上述根本原因是輪機長未按照SMC有效管理設備，這類閥應該在日常使用中關閉并鉛封，在清洗裝置時開啟，鉛封及解除均應在輪機日志上記錄。

2)回流管堵塞。浮渣回流管是為滿足公約要求的設計(見圖2、5)，幾乎所有設備必備，浮渣回流是通過供氣泵液位上升共同實現的。由于浮渣的體積大、形狀不規則，加上管系處于水平狀態。回流管堵塞或流量閥不動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行最關鍵的設備，然而因機艙鹽度高、油污濃度大，供氣泵壞損或異常是常見的缺陷。供氣泵的排量是經過精確計算的，在更換時，泵的型號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，其壞損頻率比陸用設備高很多。強度和計量是決定消滅大腸桿菌效果的重要參數。此外，設備正常使用時，也應按照保養手冊定期更換[7]。

5)藥品。對于按照MEPC.2(VI)生產的設備，大多使用投藥的方式實現對大腸桿菌指標的控制，按照制造廠規定的周期和計量投藥是保證處理效果的重要措施。然而，船舶營運中因疏于管理，未按照操作手冊投藥或者藥品缺少等現象比較常見。

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

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

8)標準排放接頭的錯誤配備，特別是排出管的直接不符合附則IV應引起重視。

6 一個爭議事項的澄清

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

7 結論

生活污水處理系統設置型式多樣，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物的復雜性，不能將其與船舶其他污水的性質混淆。船舶設計和建造、改建方應重視公約要求，與裝置廠家充分溝通，選擇合適的設計方案；船舶監督檢驗方應充分把握系統設置方式和排放管理程序，加強控制。

將進一步選取符合本課題的母船開展實驗研究，并找出污水與環境溫度、鹽和存儲時間的關系。①在公約的框架下，對存儲艙中污水的處理方式提出建議；②形成技術提案和對MARPOL IV第9條的統一解釋提交IMO MEPC防污染分委會，補充對設有存儲艙的處理系統的技術要求，并補充將壓載艙兼做生活污水存儲艙的技術要求。

[1] IMO.經修訂的排出物實施標準和生活污水處理裝置性能試驗指南：MEPC.159(55)[S].2006.

[2] 中國船級社.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設計[J].機電技術,2012(6):157-161.

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

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

[6] 童鑫.船舶生活污水處理仿真系統設計[J].山東交通學院學報,2015(4):62-66.

[7] 陳軍.海洋石油平臺生活污水處理系統殺菌方式優化[J].油氣田環境保護,2012,22(3):42-43.

[8] 趙勇.“雪龍”號船生活污水收集處理系統應用[J].機電設備,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，學士，工程師

研究方向：船舶輪機檢驗及相關規范

U664.9

A

1671-7953(2017)04-0030-05

修回日期：2016-09-14