船塢污水收集及處理系統方案設計

劉鶴 陳海江

摘 要：隨著世界經濟的飛速發展，以及越來越嚴格的環保法規要求，保護生態環境已刻不容緩。為了滿足越來越嚴格的船塢污水排放法規要求，從現有船塢污水收集及處理系統存在的問題入手，通過健全污水管網、完善設備配置及改造船塢結構，搭建一套完整的船塢污水收集及處理系統，真正做到綠色環保、綠色修船、綠色排放。

關鍵詞：超高壓水除銹;污水收集及處理;環境保護;船塢

中圖分類號：U664.85

文獻標識碼：A

1 前言

目前我國眾多修船企業在船舶修理過程中，大多采用銅礦砂除銹的方式，對大氣和水資源造成嚴重的污染。自2015年中國修船企業首次提出超高壓水除銹技術，從根本上解決傳統噴砂除銹污染的綠色設計、綠色制造理念，得到了各修船企業的普遍認可，在向綠色生態發展模式轉變過程中發揮著越來越積極的作用[1][2][3]。

超高壓水除銹技術因在除銹過程中沒有砂塵產生，不會對大氣造成污染;同時高壓除銹產生的水可以通過過濾后循環使用，既減少了對水資源的污染又節能減排，故超高壓水除銹工藝替代傳統噴砂除銹工藝已是大勢所趨。

隨著超高壓水除銹工工藝的逐步應用，船舶修理過程中會產生大量的除銹污水。為了滿足越來越嚴格的污水排放要求，本文以友聯船廠船塢污水收集及處理系統為研究對象，分析現有船塢污水收集及處理系統存在的問題及難點，并據此提出有針對性的優化設計方案，從而實現對整個船塢污水的收集和處理。

2 現狀與存在問題分析

超高壓水除銹系統，一般由超高壓水機、進口軟管、出口超高壓軟管、遙控機器人、高壓水噴盤、平底手推車、手持槍、污水回收裝置及污水收集管線等組成：超高壓水除銹系統最為核心的設備是超高壓水機，最高工作壓力可達3 200 har，壓力越高除銹效果越好;超高壓水機機組主要包括：超高壓泵、變頻或定頻電機、變頻器及控制柜、增壓泵、空壓機、高壓閥、水箱及儀表等，所有設備集成于集裝箱內，全部裝配在一臺剛性的、無扭轉的框架結構上。

根據船殼不同線型位置的除銹作業需要，研制多種作業端，組成靈活多樣的超高壓水除銹設備組合，實現高效除銹，如表1所示。

采用超高壓水除銹工藝后，船廠在超高壓水除銹作業過程中會產生大量的除銹水，同時船塢內其他位置也會產生大量的其他污水（統稱余水），如高壓水噴盤漏泄水、手持槍除銹水、塢墻/門滲水、塢內沖洗海水、船上排放的壓載水、船上冷卻海水、塢底殘余污泥等，如果不做收集和處理，這些污水將會流入船塢周邊水域，污染環境。

目前國內針對船塢污水的收集和處理的研究相對滯后，尚無針對船塢所有污水收集和處理的系統性解決方案，僅對除銹水進行收集，經過沉淀過濾后將污水直接排放掉，而有些小型修船企業甚至沒有進行收集，將除銹水直接通過塢底排放。

現有大型修船企業船塢除銹水收集和處理系統原理圖，如圖1所示。

由圖1可知：

（1）大、小型遙控機器人高壓水除銹作業時產生的除銹水，通過白帶污水收集裝置回收，經過簡單過濾后外排，相應殘渣收集后委外處理;

（2）高壓水噴盤及平板手推車高壓水除銹作業時產生的除銹水，通過外接污水回收裝置回收，經過簡單過濾后外排，相應殘渣收集后委外處理。

上述船塢污水收集和處理系統配置，主要存在以下問題：

（1）船塢內產生的污水和污物具有量大、雜質多、成分復雜、難區分等特點，包含了壓載艙卸放海水、船上冷卻海水、塢內沖洗海水、塢墻/門滲水、高壓除銹淡水、含油污水，以及油漆渣、鐵屑、污泥、海生物殼、塢內雜物等污物。采用何種方式分離及對污水收集處理是難點也是重點;

（2）僅對除銹水進行了收集和處理，而對于塢內產生的其他余水未進行收集或處理，導致此部分污水混合并流入船塢周邊海域，污染環境;

（3）污水收集多為單點設備收集，且污水收集設備配置簡單、處理能力有限、排放檢測指標較低，面對嚴格的排放法規要求，處理后的污水依舊不能直接排放;

（4）簡單處理后的污水直接排放，且沒有對處理后的污水循環利用，造成了水資源的浪費;

（5）系統管網建設不合理，需要完善和專門設計。

綜上可知，現有系統僅對除銹水進行簡單收集和處理，無法滿足越來越為嚴格的排放法規要求，需要采用合理的船塢污水收集和處理方法，搭建一套完整的船塢污水收集和處理系統，從而實現對船塢內產生的所有污水進行收集和處理。

3 優化設計方案

針對以上問題，根據干船塢和浮船塢的結構特點，分別制定污水收集和處理方案：將污水分類匯總，通過不同的收集和處理設備配置，最終將整個船塢內產生的所有污水進行收集和處理。優化設計的干船塢和浮船塢污水收集和處理系統原理圖，如圖2、圖3所示。

3.1污水收集、輸送、排放及中水回用管網系統

優化設計后的干、浮船塢污水收集、輸送、排放及中水回用管網系統方案如下：

（1）干、浮船塢塢墻兩舷內壁各設置1條除銹水收集總管，總管上每隔一定距離開設三通支管，方便大、小型遙控機器人和污水回收裝置與之連接，將除銹水收集并匯總至兩舷總管，然后再輸送至下一級進一步收集和處理;

（2）干、浮船塢的陸上均設置1條至工業污水站的輸送管線和1條至壓水站（中轉站）的輸送管線，若存在多個干船塢或浮船塢，也可共用陸上管線;

（3）建設工業污水站，將含油廢水和除銹水等集中深度處理，處理后一部分污水作為中水回用，一部分進入生活污水站繼續處理，達標排放;

（4）完善工業污水處理站至生活污水站排放管線、干船塢壓水站至生活污水站排放管線及浮船塢中轉站至生活污水站的排放管線;

（5）建設由工業污水站回至干、浮船塢中水回用總管，然后分別布置管線引至船塢兩舷內壁，同時在塢墻兩舷分別設置兩條中水回用管，總管上每隔一定距離開三通加閥門，方便就近開閥取用中水;

（6）船塢塢底中線位置建設1條從塢頭至塢尾的壓載海水排放總管線，總管上設置若干三通接口，可連接從不同放泄口來的壓載水：對于干船塢，軟管末端直接延伸至塢尾潛池;對于浮船塢，軟管末端直接延伸至排?？?，最終都靠重力作用排放;

（7）在塢內修理的船舶，可根據需要靈活布置軟管，將船尾冷卻海水引至于船塢塢尾潛池，或浮船塢引至排海口;

（8）在干船塢的塢門下方增加海水圍堰，通過管線將圍堰內的海水引至潛池排放。

3.系統設備配置

優化船塢污水收集和處理系統設備配置，實現污水分類收集、處理及排放。設計完善后的整個船塢污水收集和處理系統設備配置，主要包括：移動式污水柜（干塢）、壓載艙內結構污水柜（浮塢）、壓水站（中轉站）、陶瓷式濾壓機、真空污水回收裝置、工業污水處理站及相應管網、閥門、泵輔等。

（1）真空污水回收裝置（見圖4）

目前普遍采用的是潛池內布置電潛泵外排塢內余水的方案，使用時需對電潛泵及電纜做特別防護，注意漏電風險;此外，因余水中含有固體顆粒、泥沙等，泵工作環境較差，需經常維保延長電潛泵使用壽命。

真空污水回收裝置吸水工作原理為：在真空吸力作用下，含渣污水在吸口處進行氣液混合，含渣污水在氣體裹挾下經管道上升至吸水罐，經設備內部簡單過濾后，泵排至工業污水站進一步處理。

真空污水回收裝置具有介質適應性強（泥沙均可抽吸）、維護少（吸水部分無運動部件）、布置方便（設備不需布置在塢底，布置于陸上塢邊）等特點，通過優化真空污水回收裝置內部設備配置，實現吸排船塢塢底含渣污水。

（2）陶瓷式濾壓機（見圖5）

現有污泥處理裝置為真空濾布滾筒式污泥脫水機。由于海水比重大，導致油漆泥自然沉淀時間長，上清液比較渾濁，不適宜直排如海，并給后續處理帶來不利因素，如后續處理設備投資和運行成本很高，容易產生臭氣、蚊蟲等環境衛生問題;而新型陶瓷真空過濾機，具有投資及運行成本低、處理能力強、自動化程度高、白動保護功能完善、環保效果好等特點。新型陶瓷式濾壓機，可以在提高污水處理效率和質量的同時，實現節能減排的目的。

（3）工業污水處理站

來白干船塢及浮船塢的污水（除銹水、余水及污泥等）進入工業污水處理站，經沉淀、加藥等處理后，一部分作為中水通過中水回用管線循環回到船塢，供沖洗塢底以及其他綠化、沖廁等雜用;另一部分經污水站進一步處理后，達標直接排放。工業污水站流程示意圖，如圖6所示。

3.3船塢結構改造

（1）干船塢塢尾潛池四周區域設置擋水圍堰，用于防止余水直接流入潛池排海;將船上壓載水及冷卻水的排放端與其他余水排放隔離;

（2）浮船塢根據不同的結構特點設置擋水圍堰，用于防止污水溢流人海;同時，需在擋水圍堰上增加可以用來排大量海水及冷卻水的閘板，不用時關閉;

（3）根據#4浮船塢浮箱結構特點，余水收集采用在各浮箱之間新增L型槽方案：水槽整體從左舷向右舷傾斜，在右舷水槽端部位置新增排放支管，支管匯總流入右舷舷外新增的污水收集總管中，最終流入右舷尾部結構污水柜中，然后通過真空污水回收裝置抽吸，并泵排至工業污水處理站進一步處理。

3.4干船塢污水收集和處理方法

（1）對于壓載海水：當船舶進塢后，需排放船舶壓載艙內大量壓載水時，布設連接軟管，將壓載艙卸放口與位于船塢中線的壓載海水排放總管上的三通接口相連，壓載海水依靠重力通過管線排放至塢尾潛池中;

（2）對于船上冷卻海水：通過軟管引至塢尾潛池，冷卻海水依靠重力通過管線排放至塢尾潛池中;

（3）對于塢門滲水：在塢門下方增加擋水圍堰，塢門滲水依靠重力通過管線排放至塢尾潛池中;

（4）對于除銹水：通過大、小型遙控機器人和污水回收裝置，將除銹水收集排至塢墻兩舷內壁的除銹水收集總管，匯集于塢尾的移動式污水柜中，而后泵排至壓水站，經過沉淀過濾及陶瓷式濾壓機處理后，泵排輸送至工業污水站處理;

（5）對于其他余水：包括高壓水噴盤漏泄水、手持槍除銹水、塢墻滲水、塢內沖洗淡水、塢底殘余污泥、塢底少量殘余壓載水等，均收集于塢尾污水井內，然后通過真空污水回收裝置抽吸過濾后，泵排輸送至工業污水站處理;

（6）對于船上含油污水：一般通過駁船或汽車運輸，將含油污水運到工業污水站進行集中處理，最后泵排至生活污水站進一步處理。

3.5 浮船塢污水收集和處理方法

（1）對于壓載海水和船上冷卻海水：采用與干船塢同樣的排放方案，不同的是浮船塢內的海水排放至排?？?

（2）對于船上含油污水：收集方法及處理過程與干船塢相同;

（3）對于其他污水：因浮船塢結構特點與干船塢不同，浮船塢內產生的所有其他污水，如除銹水、高壓水噴盤漏泄水、手持槍除銹水、塢底少量殘余壓載水、塢內沖洗淡水、塢底殘余污泥等，均收集于壓載艙內結構污水柜內，然后通過真空污水回收裝置抽吸過濾后，泵排輸送至工業污水站進行處理;

（4）在結構污水柜內設有液位傳感器，當流入到污水柜內的污水達到高液位時，真空污水回收裝置自動啟動開始抽吸污水;當水位到達低液位時，真空污水回收裝置停止抽吸污水;

（5）浮船塢內產生的污水，在應急狀態下也可通過泵排至浮船塢旁水柜，經陶瓷式濾壓機過濾后，輸送至生活污水站進行處理。

4 結論

本文針對原船塢污水收集和處理系統和管網存在的問題，通過優化設計布置相應設備和管線，搭建了一套完善的污水收集、輸送、處理、排放及中水回用管網系統。優化方案，取得了以下效果：

（1）針對原系統存在收集和處理設備配置低的問題，通過引進真空污水回收裝置、陶瓷式濾壓機、建設工業污水站、優化工藝流程，實現污水分類收集，從而改善了整個船塢污水收集及處理系統的能力;

（2）針對原系統僅對除銹水進行收集和處理的問題，通過船塢結構和管網系統改造，實現了對船塢內所有污水的收集和處理，達到了塢內不達標污水零排放的目標，更好的保護了周邊海洋環境;

（3）工業污水站處理后的達標污水（即中水），可直接循環回船塢供沖洗塢底以及其他綠化、沖廁等雜用，提高了水資源利用率，實現污水循環利用，降低了成本。

本文針對船塢內污水收集和處理的難點，提出了具有針對性的船塢污水收集和處理方法和優化方案，對于結構類似的船塢的污水收集和處理具有重要指導意義。

參考文獻

[1]李德朝.超高壓除銹水在修船作業中的應用[J].廣東造船，2019 （6）：67-68.77.

[2]周鋒.修船作業的超高壓水除銹技術探討[J].中國水運：2020（12）：141-143.

[3]劉權.超高壓水除銹在修船除銹中的應用與實踐[J].船舶物資與市場：2020（8）：52-57.