船用污水處理技術陸用化可行性分析

李海峰，陳 暢，白韜光，沈 爍，雷明紅，康曉蕾

（上海船舶設備研究所，上海 200031）

0 引言

近年來，陸用污水處理市場工程設備化、工藝產品化的趨勢日益明顯，逐步涌現出一批采用一體化設備形式對局部區域進行污水處理的產品，在中小規模污水處理領域逐漸取代了原先以土建形式為主的工程[1-2]。同時，由于國家政策的鼓勵和引導，村鎮污水處理成為當前污水處理領域的又一熱點，有別于城鎮污水處理大面積管網收集、集中處理的方式，村鎮污水一般分布廣且分散，并且局部區域內水量較小，采用集中處理的方式，管網成本過高。因此就地產生、就地處理的分布 式污水處理模式獲得了方方面面的認可，給一體 化污水處理設備帶來了廣闊的市場[3-6]。

究本溯源，一體化污水處理設備早在幾十年前就在船用領域得到了運用。船舶是一個獨立的生活空間，產生的污水不可直接排入水體，在國際海事組織73/78 公約的要求下，第一批船用污水處理裝置誕生了。而后，隨著中國海軍艦隊的發展，大量船舶入水，且每艘船上均安裝了污水處理設備；為了適應艦船環境和特殊使用工況，艦用污水處理設備在船用污水設備的基礎上，從處理工藝、質量控制、設備選型到“六性”設計 等都進行了全方位的改進和升級，效果更穩定，運行更可靠[7-9]。經過幾十年的使用和改進，積累 了大量的設計與運維經驗。

從使用場合和技術特點上而言，船用污水處理與陸用污水處理既相似又有著不同點。本文研究了如何將船用污水處理技術和設備移植到陸用領域，并對二者進行比較和可行性分析，使其在環保領域發揮更大的作用，具有現實意義且迎合了市場需求。

1 可行性分析

1.1 水質、水量適用性

1.1.1 設計處理量

1）船用

目前通過認證的船用裝置一般按使用人數定義，單臺使用人數一般不多于500 人；按人均每天最大水量230 升/人計算，結合1.1 倍系數，可知日處理量為126.5 m3/d。

2）陸用

分布式一體化污水處理設備的單套覆蓋處理量可達到200 m3/d。

1.1.2 進水水質

1）船用

根據IMO MEPC.227(64)的試驗要求及實船對進水水質的檢測，所得船用生活污水水質情況見表1。

2）陸用

根據典型生活污水水質濃度，結合各地區發布的農村生活污水技術指南及實際工程對進水水質的檢測，可得陸用生活污水的水質情況見表1。

表1 進水水質比較表（單位：mg/L）

由表1 可知，船用污水由于用水控制性較好，洗浴水所占比例較小，呈現出污染物濃度高的情況；陸用污水的污染物濃度相對較低。處理量相同的情況下，設備有機負荷較低。

1.1.3 出水水質

1）船用

根據IMO MEPC.227(64)的試驗要求，船用生活污水水質標準見表2。

2）陸用

目前，陸用村鎮污水沒有統一的國家標準，各省市逐步在建立自己的地方標準，基本內容均參考GB 18918—2016《城鎮污水處理廠污染物排放標準》，主流出水水質標準見表2。

表2 出水水質比較表（單位：mg/L）

由表2 可見，船用設備的出水指標較為寬松，且由于波羅的?？痛瑪盗枯^少，目前大量認證的船用污水處理裝置尚未采用脫氮除磷工藝；而陸用設備的出水即使是一級B 標準，也比船用標準要嚴格，且均需要進行脫氮除磷。

綜上所述，從處理量角度而言，船用設備與陸用設備處于同一數量級，簡單地進行等比例放大即可滿足要求；從進出水水質指標研究方面而言，船用污水處理技術如需移植到陸用設備，在設計處理量相同的情況下，生化處理有機負荷可滿足要求，但需考慮在污水深度處理上進行改進，以確保有機物濃度降到標準允許范圍內。同時需要在工藝設計上著重考慮脫氮除磷工藝。因此，從水質水量適應性看，是可行的。

1.2 工藝技術可行性

1）船用

采用生化工藝為主、膜分離工藝為輔的工藝對有機物進行降解，可以穩定地達到船用排放標準[7,9]。

2）陸用

從穩定性和經濟型角度，基本也是以生化工藝作為主流，輔之以強化除磷和深度處理工藝，使出水達到排放標注[2,10]。

由此可知，從工藝技術可行性角度而言，船用設備向陸用設備的延伸是可行的，僅需要在主工藝的基礎上增加一些輔助工藝即可達到處理要求。見圖1、圖2。

圖1 典型船用污水處理裝置外形圖

圖2 典型陸用污水處理裝置外形圖

1.3 環境適應性

1.3.1 防護等級

1）船用

船用設備的使用環境一般為機艙等密閉式結構，沒有風雨等情況，因此一般配套設備均直接安裝在箱體外部。

2）陸用

陸用設備一般露天安裝，需考慮室外環境的各種防護及防盜，不可將設備裸露。

1.3.2 溫度

1）船用

機艙一般位于水下，且其密閉環境通?？梢员ＷC環境溫度高于10℃，且進水道也全部位于船體內部。因此，無論是水溫還是環境溫度，均可以滿足生化處理的需求。

2）陸用

由于設備露天安裝，我國大部分地區冬天環境溫度低于5℃，進水管道雖然采用地埋，但相距甚遠，散熱比較多，因此水溫和環境溫度均比船用低，對生化處理不利。

1.3.3 濕度及傾搖

1）船用

船用設備在設計時充分考慮了機艙濕度、傾搖等情況。

2）陸用

濕度環境一般不會超過船用條件，且不存在傾搖的可能。

綜上，船用設備向陸用轉變時，應考慮環境適應性的變化，尤其是防護和溫度等方面?？梢詫⒃O備安裝在一個密閉的空間中，如采用集裝箱形式，所有配套設備安裝在內部，可起到防水防盜的作用。同時，在箱體外表面安裝保溫措施，并在寒冷地區安裝伴熱措施；在極寒地區安裝加熱措施，可有效提高處理效率，使其達到設計溫度的要求，也可在設計過程中適當下調設計溫度，采用較低的負荷進行處理。綜合上述手段，可使系統滿足陸用環境的使用要求，是可行的。

1.4 產品特殊性

1.4.1 占地面積

1）船用

船用設備布局緊湊，對空間利用率要求高，且可滿足不同船艙空間及形狀的要求；通常處理量相同的情況下，船用設備的占地面積比陸用設備約小30%。

2）陸用

陸用對空間要求較低，但某些地區由于人口密度大，可用空間小，需要將設備小型化。

1.4.2 減振降噪

1）船用

船用設備對減振降噪的設計是非常重視的，且采取了諸多措施，積累了相當多的經驗。

2）陸用

由于村鎮污水處理設備安裝位置距離住戶較近，對減振降噪的需求十分迫切；但由于以往涉及此部分內容的研究較少，能力欠缺。

1.4.3 產品質量

1）船用對于產品質量的把控一向嚴格，從原材料采購到生產檢驗，均有一整套有章可循的制度，尤其是焊接、油漆等特殊過程的控制，保證了產品在全生命周期內的質量水平。

2）陸用對于質量控制沒有船用產品那么嚴格，因此也出現了許多名不符實的產品，造成了許多建而不用、用而不佳的情況

綜上，采用船用設計理念研制的設備，在對空間利用率要求高的地區使用具有較大的競爭力，且船用設備的設計單位具有較好的模塊化設計水平，針對空間狹小且不規則的安裝區域優勢明顯；減振降噪是船用向陸用延伸的一個亮點，可以很好地解決當前十分突出的污水處理“避鄰”問題，且由于采用了外殼防護，噪聲和振動將更低，十分有利于推廣使用；將船用產品的質量控制手段推廣至陸用產品，可以使產品質量提高到一個新的高度，有利于產品的長期穩定使用，增加船用設備向陸用設備延伸的認可度。因此，船用設備之于陸用設備具有許多明顯且可以彌補短板的特點，可見該項技術延伸是可行的。

1.5 應用可行性

1.5.1 作為中端處理設備

目前，由于船用設備的出水標準比陸用低，如考慮不做工藝變更而直接使用的情況，可以采用模塊化設計的理念，將船用的設備作為中端處理模塊加以使用，即使污水先經過船用設備進行處理后，通過增加深度處理模塊（如曝氣生物濾池、人工濕地等）對出水進行深度處理，使其達到各項排放標準。但船用設備的環境適應性需進行改進。

1.5.2 作為獨立處理設備

如需使裝置滿足作為獨立處理設備的使用需求，則應在改進環境適應性的基礎上，對處理工藝進行適當升級，建議采用A/O 工藝、SBR 工藝等具有脫氮功能的處理工藝結合串聯化學除磷工藝對污水進行處理，保留船用設備的各項優勢，形成新的產品。

2 結論

通過對船用設備和陸用生活污水處理設備在水質、水量適應性、工藝技術可行性、環境適應性、產品特殊性以及應用可行性等方面的比較，充分說明了船用設備向陸用設備的推廣和延伸是具有技術與市場基礎的，是可行的，應將其作為值得研究的課題作進一步探索和研究。