基于船塢廢水處理裝置的優(yōu)化設(shè)計

任月平，王銀炯，周斌強(qiáng)

(1.尚海海洋科技(浙江自貿(mào)區(qū))有限公司，浙江 舟山 316000；2.寧波市鄞州盛飛專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)舟山分所，浙江 舟山 316100；3.舟山普陀長宏船舶修造有限公司浙江 舟山 316100)

目前，隨著航運業(yè)發(fā)展進(jìn)程的加快，船塢廢水帶來的污染也日益嚴(yán)重，船塢廢水的處理成為課題。在早期階段，對于船塢廢水的處理方法比較簡單且有些處理不甚合理，還會造成環(huán)境污染，隨著人們環(huán)保意識的提高以及對廢水處理技術(shù)普及的加深，現(xiàn)在對于船塢廢水的處理主要分為物理法、化學(xué)法、生物法等。物理法中采取物理作用的方式，使廢水中不溶于水的物質(zhì)呈現(xiàn)一種懸浮的狀態(tài)，便于分離，但是僅可以處理性能單一的污染物，不能很好的處理含有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的廢水以及污染物，慢慢被淘汰；化學(xué)法則是通過化學(xué)反應(yīng)以及通過傳質(zhì)作用來分離、去除污染物中呈溶解狀態(tài)和膠體狀態(tài)的污染物，進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)化為環(huán)保、無害物質(zhì)的處理方法，但此種方法也存在化學(xué)藥劑以及其成分比較昂貴，處理后產(chǎn)生大量難以脫水的污泥等問題；生物法則是通過微生物的新陳代謝作用，把廢水中呈溶液狀態(tài)以及膠體狀態(tài)和微細(xì)懸浮狀態(tài)的大部分有機(jī)污染物，發(fā)生生物降解作用，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無公害物質(zhì)的處理法，雖然效果顯著，但也存在處理周期長，成本較高的問題[1-3]。

1 船塢廢水處理裝置的優(yōu)化設(shè)計要求

針對傳統(tǒng)船塢廢水處理裝置成本高，廢水處理效率低，以及處理過程會產(chǎn)生二次污染等問題。查閱、參考、對比其他處理方法的設(shè)計等資料，經(jīng)研究最終確立了船塢廢水處理裝置的設(shè)計要求[4-8],具體如下：① 操作省時省力且簡單實用；②回收率高，效果高效且無二次污染；③處理安全性好，適宜正常及惡劣海況。

2 船塢廢水處理裝置的設(shè)計

2.1 工作原理

利用Microsoft Visio軟件設(shè)計的廢水處理裝置系統(tǒng)示意圖見圖1。 由圖1知，排放到廢水池中的船塢廢水，由于離心泵的作用，使廢水通過管道1到達(dá)沉淀池，在沉淀池中，廢水中的固態(tài)流體沉積物以及密度比水大的物質(zhì)，在重力的作用下，會逐漸下沉，當(dāng)壓力達(dá)到一定的程度，固態(tài)流體物質(zhì)會在重力作用下刺激壓力排泄閥，此時壓力排泄閥打開，排泄雜物，而其余的廢液以及液態(tài)汽化物則會沿著管道4進(jìn)入曝氣池，利用曝氣池在有氧的環(huán)境中，池中微生物對池體污水的生物降解凈化，使污水實現(xiàn)水質(zhì)凈化和水質(zhì)的改善，經(jīng)過曝氣池處理后的水，沿著管道3進(jìn)入氣液分離器，經(jīng)過氣液分離器中的離子沉淀以及pH緩沖液的處理，即可達(dá)到可以灌溉農(nóng)田的要求，然后通過管道2排除即可。

圖2為曝氣池示意圖。由圖2知，經(jīng)過沉淀池后的廢水進(jìn)入曝氣池，由于廢水中的有機(jī)細(xì)微顆粒在曝氣池中經(jīng)常處于懸浮狀態(tài)，而曝氣池中的細(xì)微顆粒與隔板相互作用，相互摩擦使曝氣器產(chǎn)生剪切力，如此便可去除附著在細(xì)微顆粒上的大部分有機(jī)污染物，另外這些污染物由于旋流離心力作用，密度較大的細(xì)微顆粒污染物則被甩向外部，并慢慢沉入砂槽，其余密度較小的有機(jī)物污染物，則隨水流向前運動，依次被帶到下一處理單元。另外，由于

圖1 廢水處理裝置示意圖

圖2 曝氣池示意圖

曝氣池聯(lián)通接氣管，在有氧的環(huán)境下，水中曝氣不僅可以用于改善水質(zhì)，例如水質(zhì)脫臭，殺死一些微生物，而且還有利于體系的后續(xù)處理，同時還可起到預(yù)脫臭、曝氣、除泡作用，更有利于加速污水中有機(jī)油類和大分子浮渣的分離作用。

圖3為氣液分離池示意圖，由圖3知，船塢廢水經(jīng)過曝氣池處理凈化后，氣液混合物通過管道3流進(jìn)氣液分離器，進(jìn)入氣液分離器的廢水，經(jīng)過吸附劑的吸附凈化，可以進(jìn)一步清除船塢廢水中的雜質(zhì)，經(jīng)吸附凈化過的船塢廢水慢慢進(jìn)入預(yù)分離室，由于體系中的氣液混合物在重力及旋流作用下，逐漸分離分層，其中密度大于水的逐漸下沉，密度小于水的上升，由于預(yù)分離室的作用，沉降分離使體系分層，從上層到下層，依次分別為廢氣、廢水以及沉淀物。經(jīng)過處理的大部分氣液混合物中的廢氣，經(jīng)過除霧器過濾作用后，再由調(diào)節(jié)閥1調(diào)節(jié)，船塢廢水的重金屬離子如Cu2+、Fe2+在離子沉淀池中，會發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)，生成難溶于水的物質(zhì)，由于密度大于水繼而沉淀于池底，通過調(diào)節(jié)閥3的調(diào)節(jié)作用，將產(chǎn)生的沉淀物通過排渣管道排出氣液分離器，經(jīng)過離子沉淀池沉淀后的船塢廢水，慢慢流入pH緩沖劑池，經(jīng)過處理后的船塢廢水通過緩沖劑的酸堿調(diào)節(jié)作用，即可以使水質(zhì)達(dá)到可以灌溉農(nóng)田的要求，如需更高要求的水質(zhì)，可以使排出水再次進(jìn)入氣液分離池。

圖3 氣液分離池示意圖

2.2 船塢廢水處理裝置處理性能分析

選取某一天為例，每隔4 h統(tǒng)計記錄1次，記錄船塢每天排放污水的量，同時對比每天可以清理污水的量以及清理后的水質(zhì)含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)(取整計算即可)。

表1為污水每天排放量與清理量對比表，可以據(jù)此計算清除率。

表1 污水每天排放量與清理量對比表

由表1可知，船塢每天排放的廢水量在晚上時間居多，可能是晚上船舶停泊較多的緣故。而且，船塢每天排放的廢水量，均在船塢廢水處理裝置的處理范圍之內(nèi)，故每天的清除率都可以達(dá)到100%，完全可以滿足船塢清理污水的需要。

圖4為清理后的水質(zhì)含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)與標(biāo)準(zhǔn)排放水質(zhì)對比。由圖4知，廢水經(jīng)船塢廢水裝置處理后，可以保證水質(zhì)均在環(huán)保要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，完全可以滿足改造后水質(zhì)含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15 mg/g范圍內(nèi)。

圖4 清理后的水質(zhì)含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)與標(biāo)準(zhǔn)排放水質(zhì)對比

3 船塢廢水處理裝置的可行性分析

1)結(jié)構(gòu)可行性分析。氣液混合物是通過氣液分離器來實現(xiàn)分離的，其結(jié)構(gòu)的主要組成部分、體系部署附件，在密封性、剛度及強(qiáng)度等相關(guān)參數(shù)方面可以達(dá)到系統(tǒng)的使用要求。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗，大致估略出系統(tǒng)中氣液分離器可以分離的氣液混合物總量，然后再根據(jù)實際情況來選擇這些設(shè)備以及系統(tǒng)部署部件的型號。

2)技術(shù)可行性分析。本系統(tǒng)裝置的廢水處理技術(shù)是采用物理、化學(xué)、生物的方法運作，經(jīng)過曝氣后的氣液混合物由管道進(jìn)入氣液分離器，然后通過氣液分離器的氣液分離作用，就可以使分離出來的水得到清理，清理后的水就可以用于灌溉循環(huán)利用，分離出來的廢氣則可以回收，防止污染大氣。

3)操作可行性分析。該裝置的一些組成設(shè)備裝有曝氣池、氣液分離器、壓力排泄閥、調(diào)節(jié)閥、離子沉淀池、pH緩沖劑池等廢水清理凈化部件，不但起著多次循環(huán)清理凈化的作用，還可以有效地減少該系統(tǒng)裝置在各級操作過程的工作量。另外，該裝置還設(shè)有壓力排泄閥、調(diào)節(jié)閥等系統(tǒng)自動控制部件，對系統(tǒng)體系起著安全保護(hù)作用，可以避免壓力過大、廢氣濃度過高所帶來的發(fā)生爆炸或損壞部件等事故的可能性。

4)經(jīng)濟(jì)可行性分析。該系統(tǒng)所裝置大部分組件均是標(biāo)準(zhǔn)件或通用件，容易在市場上購買，其成本較低且可以估算和控制，曝氣、氣液分離等處理船塢廢水所需要消耗的費用，這些總費用與每年占環(huán)境治理3%的水源污染治理費用、大氣污染損耗費用之和相比仍然少很多，且經(jīng)過實驗對比，船塢每天排放的廢水量，均在船塢廢水處理裝置的處理范圍之內(nèi)，所以完全可以滿足船塢清理污水的需要，節(jié)省了大量環(huán)保治理費用。