基于秸稈沼氣的船舶有機垃圾循環利用技術研究

文/陳娟

現有船舶污染物接收設備操作和運輸處理繁瑣，船上有機污染物被隨意傾倒，破壞航道水質的問題時有發生。形成高效的船舶有機垃圾回收處理系統對提高船舶垃圾處理水平，有效降低航道水質污染，改善航道生態環境具有重要應用意義。本文將基于秸稈沼氣技術發展和船舶廢棄有機物處理現狀，探究基于秸稈沼氣的船舶有機垃圾循環利用技術應用意義，對該技術如何提高處理降解有機污染物的效率，更大程度實現回收利用等應用要點進行分析。秸稈沼氣技術是一種利用沼氣設備，以農作物秸稈為主要原料，在嚴格的厭氧環境和一定的溫度、水分、酸堿度等條件下，經過微生物厭氧發酵產生一種可燃氣體的技術。20世紀90年代以來，為解決農作物秸稈焚燒造成的環境污染問題，秸稈沼氣技術得到推廣應用，經鹽城、淮安、揚州、南通等地區示范應用均取得成功。以秸稈為原料生產沼氣不僅很大程度解決了我國秸稈的環境污染問題，還為解決沼氣大規模推廣需要的大宗原料問題提供了途徑。反觀船上廢棄有機物的處理方式卻依然不容樂觀。目前，雖然船上安裝了生活污水處理裝置，但仍有大量不經設備處理進行直排的違規行為，部分航道船閘和水上服務區安裝了智能垃圾回收站、船舶油污接收設備，也有個別市配置了垃圾回收船，但利用率不高，現狀改變不大。當下，基于現有處理技術提高船舶有機垃圾循環利用水平成為亟待解決的問題。

一、基于秸稈沼氣的船舶有機垃圾循環利用技術原理

秸稈是微生物厭氧發酵的高效原材料，首先利用沼氣設備的集污池，在以秸稈為主進行一次性投料的基礎上，利用船上餐廚垃圾、糞便及其他腐爛的有機污染物質連續進料，將一定數量的廢棄有機物儲存在集污池中制成船用發酵原材料。其次，發酵原料經過處理降解裝置產生沼氣，制成的沼氣通入船員生活場所，供船員生火做飯等。最后，對船舶有機垃圾處理降解后的排出水進行消毒并泵送，用作水培蔬菜及養殖花鰱等魚類，基本可以解決船員部分食物需求問題。如此能夠充分考慮船舶廢棄有機物的接收、存儲、處理降解及排放水消毒再利用，充分利用秸稈沼氣技術接收船上垃圾并方便地處理降解為沼氣進而提供船員生火做飯等所需燃料，并利用處理降解后的排放水培植蔬菜及養殖魚類，實現船舶有機垃圾的循環利用，減少污染物傾倒排放。

二、基于秸稈沼氣的船舶有機垃圾循環利用技術方案

為實現高效回收利用船舶有機垃圾的目的，本技術方案解決其技術問題主要是采用將船舶廢棄有機物的接收、存儲、處理降解及排放水消毒等裝置連接成一個系統，發揮循環利用的目的。圖1示出此船舶垃圾處理循環系統平面布置圖，形成的船舶垃圾處理循環系統主要包括污水入口1、集污池2、生化降解處理池3、出水養殖沉淀池a（4）、出水養殖沉淀池b（4-1）、紫外線消毒裝置5、冷卻水加熱池6、溫度感應器7、沼氣燈8、沼氣灶9、截止閥10、冷卻水蒸發池11、水泵12、管道a、管道b、管道c、管道d、管道e、管道f及閥門v1、閥門v2、增氧泵v3。此船舶垃圾循環利用系統在以秸稈為主進行一次性投料的基礎上，利用船上有機污染物質，將船上餐廚垃圾、生活污水（此處指由船員產生的糞便）通過污水入口1儲存在集污池2中制成船用發酵原材料，生化降解處理池3中秸稈及船上廢棄有機物經降解處理裝置產生沼氣燃料、廢水及雜質；通過紫外線消毒裝置5后，雜質被截留，廢水消毒后被泵送入水培蔬菜池a（4）及花鰱等魚類養殖池b（4-1）；沼氣燃料通過管道繼而進入船員生活場所（沼氣燈8、沼氣灶9）提供能源；同時，利用船舶冷卻水，冷卻水加熱池6自動對生化降解池加熱，即當氣溫較低，生物降解處理池達不到微生物厭氧發酵產生沼氣所需溫度時，溫度感應器7報警，打開船舶冷卻水管道，船舶冷卻水多根管道經過生化降解池底部對其加熱，保證系統正常運行。系統中污水入口為裝有截止閥的兩端開口管道的一端，此管道前段為直線型，接入集污池較底端的后段采取弧形，開口向上，當集污池中含廢棄有機物的污水達到一定數量，進料形成的水壓下泄可對生化降解處理池中最上表面形成多次攪拌作用，防止有機物上浮而難以進入降解池。當船員從污水入口倒入廢棄物時，截止閥在壓力作用下自動開啟，當無壓力作用時，截止閥保持關閉，污水管道維持密閉狀態，避免污染空氣。系統中集污池存儲接收的船上廢棄有機物作為沼氣發酵原材料。生化降解處理池存儲一次性投料的秸稈為沼氣發生設備提供初始原料，并利用厭氧氧化發酵、接觸氧化發酵、生物反應器相結合的處理技術，有效降解船舶生活污水中的有機污染物質，進而產生沼氣燃料。出水養殖沉淀池主要用于沉淀、截留污水中的菌體，提高污水處理設施處理效率的同時大大改善出水水質。管道除各處理流程間的連接通道外，還包括排放端前端的消毒管道，此管道設置紫外線殺菌器，使得排出本體外的水質菌群達標，能夠用作水培蔬菜及養殖魚類。冷卻水加熱和蒸發池利用船舶本身機器內冷卻水的熱量對生化降解池和蒸發池加熱，在氣溫較低時也能確保沼氣發生所需的溫度，保證系統正常運行。同時，可以對出水養殖沉淀池多出來的水進行加熱蒸發，減少出水養殖池內水流入航道。

圖1 船舶垃圾處理循環系統平面布置圖

三、基于秸稈沼氣的船舶有機垃圾循環利用技術應用優勢

由于這種基于秸稈沼氣的船舶有機垃圾循環利用技術能夠實現船舶有機垃圾高效降解轉化，從而具有以下應用優勢：第一，實現便捷操作，就地轉化，在船舶場所安裝裝置即實現就地收集船上所有廢棄有機物，通過裝置即可有效地將廢棄有機物發酵為沼氣能源進行使用。第二，節約資源，降低人力物力成本，利用秸稈沼氣技術，裝置直接在船舶安裝使用，無需像現在安裝的污水處理器24小時通電運行，同時釋放由碼頭收集污染物，再經車輛送到指定處理場進行再處理所產生的大量人力、物力資源等相關費用。第三，實現廢棄資源再利用，同時解決船員生活場所燃料來源問題，通過收集船上餐廚垃圾、生活污水等廢棄有機物作為原料，進而發酵為沼氣，輔助提供船上生活燃料，充分利用廢棄有機物，同時能有效補充船員生活場所燒火做飯等燃料來源問題。第四，能夠改善船舶衛生條件，利用沼氣當燃料，無煙無塵，清潔方便。船民生活產生的糞便、垃圾、生活污水等都是沼氣發酵的原材料，隨著這些原料進入處理降解池的病菌、寄生蟲卵等能在池中密閉發酵被殺死，從而改善了船上環境衛生條件，有益于船員身體健康。第五，改善航道水質，保護航道生態環境，此技術可以較大程度地減少船舶污染物直排和餐廚垃圾等向航道傾倒，減輕航道水質污染，保護航道環境。第六，解決船員的蔬菜等食物需求問題，此技術直接利用沼氣發生裝置的排出水消毒泵送，提供水培蔬菜和養殖花鰱等魚類的水體來源。船員利用系統泵送水種菜養魚，能夠基本滿足蔬菜等食物需求，使系統達到生態循環。

結束語：

本次基于秸稈沼氣的船舶有機垃圾循環利用技術研究是從秸稈沼氣技術發展和船舶有機垃圾處理現狀亟待改善的現實情況出發，探究利用秸稈沼氣實現船舶有機垃圾高效處理降解，進而循環利用的問題。該技術通過將船舶廢棄有機物的接收、存儲、處理降解及排放水消毒等裝置連接成一個系統，充分利用秸稈沼氣技術接收船上垃圾并方便地處理降解為沼氣進而提供船員生火做飯等所需燃料，并利用處理降解后的排放水培植蔬菜及養殖魚類，實現船舶有機垃圾的循環利用，減少污染物傾倒排放。