新型船用生活污水处理装置研究

朱峻　柏勇　孙宏良

摘 要：船舶污染物涉及面广，种类较多，船舶污染物的防治一直是船舶管理方面的重点。本文对开发一种一次性综合处理船舶生活污水装置进行研究，探讨船舶防污的新方法。

关键词：船舶污染物；船舶管理；船用生活污水处理装置

中图分类号：U672.7 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）04-0066-02

工业污染、城市、大气、农田地表水和船舶污染是江河湖海水质污染的几大源头，而船舶污染物是其最直接的污染源。当前，除长江水域日益受到污染外，大运河水域也难以做到污染物“0”排放，而使得南水北调工程受到较大影响。

本研究的目的就是开发出一种一次性综合处理船上的粪便、垃圾、舱底水、生活污水等的新型船用污染物处理装置，应用于内河及海上船舶，保障水域环境的清洁。拟开展的该项研究，还将充分利用柴油机尾气的废弃热能。

1 船舶污染物及国内处理装置现状

船舶污染物种类有洗浴、洗涤、餐厨污水、粪便及冲洗水污染和舱底油污水污染、固体废弃物污染。这么多污染即使在陆上处理也是麻烦事，现在却面临船身处理场地狭小、飘泊不定、处理系统的投资、耗能、运营成本都不能高。此外，为避免污水污物高温盛夏产生二恶英等腐臭气体，危害船员健康，系统必须自动化操作封闭运行。由于单船每天的污水污物量不大，需要处理设备的微型化，以保证船舶污水污物零排放和少量集中上岸的要求。

目前，国内现行的船舶污染物处理装置包含有：油污水分离器、油污水舱、生活污水处理装置、生活污水储存柜、垃圾贮存箱等。实船应用中处理装置繁多、过程复杂、成本高昂。近年来，国内外围绕综合处理方案展开一定研究，但均没有一种综合、集中的污染物处理装置来一次性处理船上的粪便、垃圾、舱底水、生活污水等。而且传统处理方式易产生二次能源消耗，还导致二次污染。

2 研究方案

2.1 研究内容

研究一种能综合处理各种船上固体、液体及固液混合污染物的处理装置，并利用船舶尾气作为动力源之一对污染物进行综合处理。

2.2 拟解决的关键问题

通过研究，解决船上产生的污染物不能集中处理的关键问题，同时就该装置工作时可能造成的大气污染进行分析研究，以满足排放标准的要求。

解决船上空间狭小不利于安装多种防污染处理装置的矛盾，一次性处理固态、液态污染物。该新型处理装置配备排气蒸发装置和焚烧炉，应用成熟的专利技术，将舱底污水和洗浴、洗涤、餐厨、粪便污水混凝沉淀，固液分离。充分利用柴油机废弃热能，定时定量将固态分离物浓缩、焚烧成灰烬，到港后清理上岸；将液态分离物定时定量泵入灼热、高压主辅机排气管包围的烘箱中，分离、蒸发、高温氧化排入大气。最终实现水域“0”排放要求。

3 新型船用生活污水处理装置工作原理

为了解决船舶污水污物的处理问题，本处理装置提供这样一种系统，它由混沉罐将洗浴、洗涤、餐厨和经过油水分离舱底水的污水，应用时间继电器或计祘机控制的间歇投配药物、间歇混凝沉淀进行固液分离，上清液经螺杆计量泵、输 水嘴压入烘箱，在灼热、高压、脉动、旋转的气流中，分离、蒸发、高温氧化排入大气。为减轻可能产生的爆燃影响，主辅机排气管上设有膨胀节，主辅机排气管内安装螺旋叶片，主辅机排气管上还安装了垃圾烘干箱。停泊时，依靠辅机排气管的排气蒸发装置处理。

粪便污水和混沉罐 圆锥底内的污泥汇入螺杆计量泵桶内，桶壁上有小孔，污泥和粪便污水在螺杆的挤压下进一步浓缩，由于螺杆的持续运动，小孔也不会堵塞，污泥粪便浓渣经下部的窄缝出口定时定量排入焚烧炉，为防止在窄缝出口处烧结，在其外围设置了冷却水套，污泥粪便落入转动的转盘炉栅上，刮板的尖部迎着转盘炉栅旋转的方向略呈勾形，贴着转盘炉栅盘面，刮板上部两端的轴套与固定在炉壁上的刮板轴滑动配合，由于离心力的作用，刮板勾形尖部将转盘炉栅上的焚烧物逐渐刮出盘外，落入焚烧炉底的是灼热的灰烬。排风嘴出口方向与焚烧炉圆周内壁相切，并正对受风板的高度中间，这样，排风嘴就能为焚烧炉供氧和为转盘炉栅提供转动的动能。风机的抽吸也使垃圾烘干箱、螺杆计量泵内形成负压，不使有害气体从机体逸出，从而污染船员的生活、工作环境。到港时，由专职人员打开密码锁连同垃圾烘干箱灰烬一同清理上岸。

图中：

l综合污水管；2污水罐；3电磁阀；4水泵；5混沉罐：6输液管；7贮液罐；8螺杆计量泵；9输水嘴；10主机排气管；11膨胀节；12垃圾烘干箱；13污泥粪便罐；14粪便污水管；10计量泵桶；1 6螺杆；17窄缝出口；18冷却水套：l9焚烧炉；20电热丝；21刮板轴；22刮板：23轴套；24转盘炉栅：25中心轴；26受风板；27风机；28排风嘴；29除尘器；30排氣蒸发装置；31滤液管.

4 尾气利用研究

船舶柴油机尾气虽然造成大气污染，但同时也是一项宝贵的资源。大连海事大学的潘新祥副校长、长江学者马洪斌先生就已开发利用柴油机尾气作为船上空调、制冰机动力源。上海交通大学的王如竹教授也对船上柴油机尾气用于吸附式制冷进行了深入的探讨；此外中国海洋大学的有关教授、学者也开展了这方面的研究工作。

根据统计，柴油机排出的尾气温度至少为300℃以上（有些情况下可达500℃以上）。本研究的目的就是开发出一种新型船用污染物处理装置，利用尾气作为垃圾烘干箱和焚烧炉的热源，一次性综合处理船上的尾气、粪便、垃圾、舱底水、生活污水等污染物，应用于内河及海上船舶，保障水域环境的清洁，定时定量将固态分离物浓缩、焚烧成灰烬，到港后清理上岸。

一般而言，垃圾烘干箱300℃以上的温度基本可以满足要求。但由于焚烧炉最终温度将达到800℃以上，单用电热棒加热将耗费很大功率。有了300℃以上尾气的基础温度，也将降低可观的能量消耗。

5 二恶英分解方案

二恶英类是一类非常稳定的亲脂性固体化合物，难溶于水，可溶于大部分有机溶剂，所以二恶英类容易在生物体内积累。其熔点较高，分解温度大于700℃，而且在缓慢冷却过程中又极易还原。自然界的微生物降解、水解和光解作用对二恶英类的分子结构影响较小，难以自然降解。

目前，关于二恶英分解普遍的看法是850℃左右、在炉膛中停留时间到达2秒，或1000℃左右在炉膛里停留1秒或是1200℃左右停留几微秒被认为二恶英可以完全分解。若是温度控制在1200℃以上，生成物中将几乎不包含二恶英前体物，大大降低后期的重新合成几率。

本装置由尾气作为垃圾烘干箱和焚烧炉的热源，烘干箱内污染物烘干后产生的废臭气体，由风机抽吸经排风嘴送进焚烧炉再用电热棒加温至800℃以上，使气体中的二恶英停留时间2至3秒，以完全分解。

气体排出船外过程中，由冷却水套快速冷却至150℃以下，以防止缓慢冷却后又还原为二恶英。

6 结束语

随着大运河世界文化遗产的申遗成功，使得尤其是大运河水域内河船舶的污染 “0”排放要求更为迫切，对我们海事部门也提出了更高的监管要求。因此，开发一种新型节能减排的、节能减排的、更符合船舶实际航行状况及海事监管要求的内河船舶生活污水处理装置迫在眉睫。

内河水域污染防治是我国的一项重要国策，也是坚持科学发展观，大力推进生态文明建设的一项重大举措。扎实做好内河船舶生活污水处理装置研究，就是为实现航运与生态环境的协调发展，也是为建设长江水系以及南水北调东线京杭运河苏北段“清水廊道”作出贡献。