谈生化法生活污水处理装置

黄 翔

随着船舶水污染物排放控制标准（GB 3552—2018）的发布生效，船舶生活污水排放越来越受到社会和管理机构的重视和关注。但是整体来看，对于生活污水的管控，船舶管理者经营者的重视程度、船舶设备自身、船员对设备的了解程度、检验机构和船舶修造单位的定位和作用发挥及海事执法检查人员合力的发挥等，多方面都存在着不足，需要进一步加强。所有这些环节，都离不开对设备运行、维护、应急的深入了解。虽然生活污水处理装置种类较多，设备较复杂，但生化法处理装置是船舶最为普遍使用的。笔者期望通过对生化法生活污水处理装置的介绍，为参与船舶生活污水管控的各方提供一定帮助。

一、关于生化法生活污水处理的基本知识

1.关于活性污泥的几个基本指标

目前船舶生活污水处理装置无论是生化法、生化膜法、生化紫外杀菌法，都离不开生化两个字。所谓生化就是通过具有代谢功能的菌群将有机物吸收降解，完成繁殖和排泄，以降低生活污水中的有机物，达到BOD5的排放指标。在此过程中同步将固体悬浮物降解成为细微的无机物和有机物，进行沉淀后排出上清液，以达到固体悬浮物排放指标。活性污泥由丝状菌和非丝状菌组成，两者相互竞争相互依存，处于动态平衡之中。丝状菌维持活性污泥整体的结构稳定，吸收低分子有机物分泌黏性物质帮助非丝状菌附着高分子有机物进行分解。通过污泥回流或适当排出，维持曝气室中的活性污泥菌群稳定，控制污泥泥龄是较为普遍的方式。也有设备，如日本大晃机械等，内置细菌接触材，为细菌提供依附平台等方式，以利于细菌发挥作用。无论如何，生活污水处理装置曝气室中的活性污泥生存状况都决定了设备的工况。

衡量生活污水处理装置活性污泥生存状态有几个基本指标。一是MLSS（Mixed liquid suspended solids），即曝气室单位体积混合液中活性污泥固体质量。曝气室中的活性污泥是由微生物群、微生物代谢物、吸附在微生物群上的有机物和无机物组成的，对于一台生活污水处理装置而言，MLSS在运行中越是保持稳定，处理系统的功效就越稳定。设备MLSS过低时，一般因为营养物质不足，内源代谢作用下菌群死亡率增大，甚至消散，最终导致有机物无法有效降解；设备MLSS过高时，因素较多，例如有机物负荷过大可能导致丝状菌膨胀，如果未及时排出维持MLSS稳定，或排出活性污泥过多，都可能影响处理水质。二是SV（Settling velocity），即曝气室混合液污泥沉降比，是指曝气室内混合液静置30分钟后形成的沉淀污泥容积占原混合液容积的比例。例如用1 000毫升量筒测量，静置30分钟后污泥高度就是SV数值。SV值能反映曝气室正常运行时的污泥量和污泥的凝聚性、沉降性等，正常值一般在15%到30%之间。低于此区间，一般可判断为污泥活性不足，需要减少排泥或不排泥，适当曝气培养菌群。高于此区间，一般可以判断为设备处于高负荷状态或丝状菌膨胀，需要进行恰当的操作来维持MLSS平衡。

其他指标如MLVSS和SVI等，在此不作赘述。

2.关于生化法生活污水处理装置的几个指标

生化法生活污水处理装置要达到良好的处理效果，需要在设计时考虑一些指标。一是污泥负荷率。曝气池内单位质量的活性污泥在单位时间将定额污水降解到规定的BOD5值，被称为BOD污泥负荷率。其与污水设计流量及污水BOD5值成正比，与MLSS及曝气池容积成反比。亦即流量稳定、需要降解的有机物稳定、MLSS稳定时，曝气池越大，污泥负荷率越小。对于既定型号的设备而言，在船人员越多，污泥负荷率越大。所以，选用正确的设备很重要。相应地，根据设备设计负荷率，需要维持有机物进入总量和流量也不同，这一点，目前大多数设备并未进行区分，未对船员提供足够的指导，使得设备无法维持稳定的MLSS。当掌握人均日有机物排放量、稳定的MLSS数值、处理流量和设备负荷率时，就能测算设备曝气室容积，简单地判断设备的认可是否纯属巧合。二是污泥泥龄。污泥泥龄是指曝气室中活性污泥的总量与每日排放的污泥量之比，它是活性污泥在曝气室中的平均停留时间，因此有时也称为生物固体的平均停留时间，单位是天。细菌的新陈代谢更新周期称为细菌的世代期，如果污泥泥龄低于世代期，说明细菌还未来得及更新代谢稳定就已经排出，虽然此时细菌活性强降解效果好，但菌群沉降效果不佳，可能体现为SV值低。如果环境中的污泥泥龄太老，则细菌降解效果差。一般而言，菌群污泥泥龄在2~3天较为健康，负荷高时污泥泥龄低一些有利提高降解效果。因此看到一些生活污水处理装置用户手册要求设备排泥时间为每天一次，而未做任何曝气室观测指导，令笔者较为费解。污泥泥龄最常见的调整方式即污泥回流，按照上述基本知识可以了解，污泥回流操作也是基于曝气室活性污泥情况，需要进行判断操作的。也有部分设备未设计污泥回流，那么调整污泥泥龄可能需要借助一些药剂或操作，需要参考用户手册开展。

3.关于活性污泥的生存环境

一是生存温度。好氧活性污泥微生物正常生理活动最适宜的温度范围为15~30摄氏度。一般水温低于10摄氏度或高于35摄氏度时，都会对好氧活性污泥的功能产生不利影响。当水温高于40摄氏度或低于5摄氏度时，活性污泥会失去活性。尤其是在高水温情况下，对微生物的影响是不可逆的。如果水温的变化是缓慢的，活性污泥中的微生物能够逐步适应变化，根据不同温度下微生物的活性，采取降低或提高负荷和供氧阀门开度、缩短或延长曝气时间等方式，使污水处理效果维持在良好状态。要极力避免水温的突然变化，尤其是水温的突然升高。从这一点上来说，航程中有高气温区域时，保持一定污水进入，对平衡水温也是必要的。对笔者所在地区而言，夏季机舱温度超过40摄氏度，曝气室生活污水的水温测定是一个很好的检查手段和判断依据。

二是pH值。活性污泥菌群最适宜的代谢环境pH值在6.5到8.5之间。当环境pH值降低至4.5以下时，活性污泥中的原生动物将全部消失，大多数微生物的活动受到抑制，活性污泥絮体被破坏，真菌受环境影响较小，极易产生污泥膨胀现象。当环境pH值大于9时，菌群中的非丝状菌会解体，也会产生污泥膨胀现象。因此，进入曝气室前，应对进口污水的pH值进行平衡，控制进口污水pH值在6到9之间为宜。我们也能看到，在MEPC.159（55）中相对MEPC.2（IV）就增加了对排出水pH值的测定要求，标准为6到8.5，MEPC.227（64）沿用了这个pH值标准。但是从设备的使用来看，测定排出水的pH值显然是不合理的，因为排出前的杀菌投药会影响水的酸碱性，此时已经不会影响活性污泥健康。因投药而使排出水处于酸性或碱性因为排出总量有限，不会对水体环境造成破坏影响，所以pH值的关键是进口污水。此外，在MARPOL附则IV中，缺失pH值控制的相关要求，建议增加船员管理设备的要求，避免酸碱性物质进入生活污水管路，并增加进入设备前的pH值监控和必要时调节的要求等。

二、关于生活污水处理的几个认识误区

误区一：在海上生活污水不用排入生活污水处理装置，直接排放入海就好了。从MARPOL附则IV的角度，在距离最近陆地12海里以外，可以按照一定速率直接排放生活污水，但对装设了生活污水处理装置的船舶而言，维持稳定的生活污水进入流量、稳定的有机物总量，维持设备负荷稳定，对设备处理性能维持是非常重要的。如果在公海航行期间，停止或大幅减少有机物污水进入装置，使得菌群失衡甚至彻底失活，需要按照厂商用户手册首次启用的相关程序，重新培养菌群，此过程耗时一般在一到两周。如果不能在靠下一港前使菌群恢复健康，可能在检查中被检查人员作为明显依据开展处理水质取样检测，其结果很有可能是超标的，从而导致船舶被滞留和处罚。

误区二：排出水取样清澈，设备就一定功能正常。在实际检查中，我们发现许多检查人员、船员甚至是设备厂商迷信取样检测结果，认为流经处理装置的水取样检测结果不超标，设备功能就一定正常，但实际很有可能设备只是在取样时注满了清水而已。注入清水的方式很多，包括开启反冲洗、注入大量清水，日常曝气室、沉淀室排出阀保持开启并保持较大量的冲洗清水注入等。因此，判断设备功能时，对曝气室取样的意义远远大于排出口取样，两者应当视实际情况结合开展。

误区三：污泥返送和曝气气泵不能停。通过对曝气室活性污泥情况的观测，因负荷增大导致丝状菌膨胀时，需要加大污泥返送，保持非丝状菌的健康生长，抑制丝状菌膨胀。当污泥老化，可以停止污泥返送，排出污泥，适当降低污泥泥龄，曝气室培养年轻的菌群。当曝气过度，活性污泥会溶解。液体有机物总量升高影响处理水质时，也需要适当关闭气泵或降低开度减少曝气。所以污泥返送和曝气气泵的关停、开度调整，要具体情况具体分析。

误区四：厕所便池里什么都能倒。一部分生活污水处理装置很明确地在用户手册中给出了污水进水的限制，例如厕纸不得进入、厕所不得使用杀菌洗涤剂等。其实还有很多东西是不适宜进入便池的，例如葡萄糖等糖类、酒中的低分子有机物乙醇等。当曝气池中低分子有机物增多时，按照前文介绍，丝状菌会大量繁殖，导致污泥膨胀，SV值提高，使得MLSS失去稳定。除此以外，过期药品、杀菌剂、有毒溶液等许多物品同样会对活性污泥的稳定健康产生影响。也有特定清洁剂适用于船舶便器等生活污水来源的清洁，需要参考用户手册正确选用。

三、生化法生活污水处理装置的检查

1.曝气室观察

通过开启曝气室顶部观察口，观察曝气室整体情况。一是开启风机，观察风机对曝气室的供气情况，对混合液的搅拌效果；二是关闭风机，观察曝气室液体是否清澈，是否根本无活性污泥迹象，对有接触材的曝气室，接触材是否光滑清洁，未附着菌群等。对于曝气室观察认为无活性污泥的，可以取样再观察，确定后，可以要求服务商和船舶检验机构对设备功能进行确认，以采取进一步行动。

2.曝气室上层泡沫观察

曝气室活性污泥健康时，上层不会聚集泡沫。曝气室上层液面聚集泡沫一般有以下几种情形：一是产生棕黄色泡沫，是活性污泥处于或即将进入老化状态的表现，老化的污泥部分解体，悬浮在曝气室混合液中，悬浮老化污泥在液面均匀地附着在泡沫中，延长泡沫破裂时间，为泡沫积聚创造条件；二是产生灰黑色泡沫，在不存在黑色液体进入的情况下，基本是因为曝气室曝气不足，活性污泥厌氧反应死亡解体，悬浮积聚灰黑色泡沫；三是产生暗沉白色泡沫，可能是因为洗涤剂的进入，增加了水表面张力，导致泡沫形成，也有可能是如上文所述，曝气过度，液体有机物浓度增加产生白色气泡等；四是产生彩色泡沫，当污水中含有洗涤剂等进入时，也有可能产生清亮泡沫，在光照下折射反射，表现为彩色。任何一种泡沫产生都是明显依据，需要对曝气室活性污泥状态进行取样观测核实，必要时对排放水质进行取样检测。

3.曝气室取样

对SV值进行观测，对污泥活性进行判断。如上文所述，通过对曝气室取样，静置30分钟后观察沉淀情况，判断SV值是否在正常范围，以获得对曝气室内活性污泥生存状况的基本判断。此外，对于沉淀后的上清液，同步进行观察。若上清液水质清，泥水界面清晰，说明活性污泥功能良好；若上清液中含有大量悬浮小絮体，整体混浊透明度较差，说明活性污泥产生了解体，产生原因可能是曝气过度、负荷太低、有害物质进入等，需要进一步排查，恢复曝气室培养环境；若活性污泥的泥水界面分层不清晰，说明絮体沉降性较差，丝状菌占了主导地位，需要加大曝气，增加生活污水曝气时间和返送污泥培养非丝状菌，恢复活性污泥平衡等。

4.风机工况

曝气的作用前文已经作了很多解释，在此不作赘述。风机工况最好从曝气室观察口观察，因为曝气还兼有搅拌混合曝气室有机物的作用。另外，对于前文所述的过度曝气，需要引起关注。对于风机的送风，也有检查人员用手挡住进风口，通过感觉吸力来快速判断风机工况，可以借鉴。

5.曝气室内污水进口滤网残渣清理情况

观察曝气室污水进口滤网残渣上的残余物，可以对船员是否滥用便池进行判断，结合产品禁止要求和专业判断，决定是否需要进一步核查。

6.曝气室混合液pH值

前文已对pH值进行详细介绍，在此不作赘述。pH值异常对活性污泥的影响如果不能被及时消除，恢复曝气室活性污泥健康，一次异常的pH值污水的进入，就可能损坏设备的功能，但随着污水的持续进入，pH值可能又逐步恢复正常。因此，实际检查中曝气室pH值异常测得的可能性很低。

7.杀菌药剂的保存和使用

一般而言，杀菌剂使用的是漂白粉片或强氯精（简称TCCA）片，部分产品说明书甚至建议了杀菌药片的具体生产商，部分检查人员以此为由，要求船舶杀菌药片使用规定品牌，此要求是不适宜的。但是，两种药片都可能受潮发生变质，需要注意保管。检查中可以询问或核查药片使用情况、药片储存情况作出杀菌情况的判断，存在疑问可以作为明显依据，对排出水取样测定大肠杆菌等细菌指标。因为杀菌导致水中余氯增加，此指标的测定无明显依据可以作为判断，检查人员可以在排出水取样时要求一并开展。目前的设备杀菌消毒除了药片外，还有药剂式和辅助紫外消毒式等，此两者功能验证较为简单，对功能异常的，可以采取取样送检的方式，最终确定处理意见。

8.高位自动排放功能验证

生活污水处理装置排出柜高位时，排放泵能自动开启，排出经处理的生活污水。检查人员可以通过给予电信号的方式，或通过反冲洗管路对排出柜注入少量清水，达到高位，观察自动排放功能是否正常。若不正常，说明设备无法正常运行。

9.反冲洗操作

随着设备运行，沉淀和管路、设备内壁附着的固体物质需要通过反冲洗进行清理。反冲洗有自动式和手动式两种，对于手动式，需要注意避免因反冲洗影响曝气室污泥活性。此项操作不同设备时间间隔要求不一，可以询问船员相关要求和模拟操作的方式来验证。

10.在船人员询问

一是询问船员便池的使用要求和习惯，掌握船员是否了解避免生活污水污染的情况；二是询问责任船员对系统是否具备足够的了解，以判断设备性能情况并采取适当的控制措施。

11.正确的设备型式

对于国际航行船舶，可按照船舶种类和建造时间，选择适用的标准型式设备。对于内河船和国内海船，国际与船舶建造规范的要求有所出入，总的来说，新国标的要求更为严格。

12.检查综述

虽然生化法生活污水处理装置的检查涉及部件不少，操作性内容也很多，但实际上核心还是曝气室活性污泥情况。只有在曝气室活性污泥不正常时，对一些部件的进一步检查和对船员操作性的核查才有意义，找出活性污泥异常的原因，并帮助船舶解决。在履行初步检查要求时，针对生活污水处理装置而言，证书文书的核查、外观的巡视是一部分，活性污泥的观察也应当是一部分。随着检查人员经验的累积，可以通过观察活性污泥，用很少的时间作出设备功能的基本判断。

四、MARPOL附则Ⅳ检查中的问题和管理建议

由上述内容可以了解到，生化法生活污水处理装置与船舶其他设备存在很大差异，是一个需要精心呵护的船舶设备，并且需要一定的船舶业务之外的知识储备。目前的检查中，设备完好情况的比例极低，建议通过开展集中检查再到国内海船、内河船专项检查分步走的方式，将MARPOL附则Ⅳ的管理要求落到实处。目前在缺陷责任判定上，对于生活污水处理装置的了解情况在STCW中的要求较为模糊，MARPOL附则Ⅳ对船员操作要求在性能标准中导向SMS，但目前船舶体系中的要求也普遍简单，还存在大量船舶设备使用说明书丢失的情况等，使得设备完好要求的层层责任未能有效分配和落实。船级社和造船厂在新船建造直至试航时都无设备菌群培养的检验项目，出厂后船级社认为自己只对设备安装负责，厂商认为说明书已经足够让船员能够熟练操作设备，但事实上远远不够；管理公司认为将说明书简化成操作须知就可以保证设备功能；船员认为自己不需要进行判断，按照要求控制开关和阀门就够了，设备出了问题是设备的问题。从IMO角度，对各方责任和要求的导则都需要建立。

对于船舶经营而言，生活污水处理装置一旦判定失去功效，在短时间恢复系统功能则较为困难。虽然目前大量设备曝气室简单观察即可判定设备是否处于失效状态或不良状态，但最终的结果需要辅以取样水检测。按照目前国内的取样标准，海事执法人员的装备并不满足取样要求。取样程序较为烦琐，交由资质机构检测，等待结果的时间又与船期可能造成矛盾，相关费用预算是否充足需要考虑。作为最终法定的重要判断依据，快速准确地得到检测结果，取得相关单位的支持和配合，需要上级机关进一步提供机制支撑。此外，对于已经失效的设备或效用不良的设备，在港等待恢复设备功能是否恰当，如何平衡航运与环境保护的关系，符合PSC程序，都是需要去思考和解决的问题。

新国标规定船舶在内河水域非在航不得排放哪怕经处理的生活污水，是不恰当的。且不提港口接受存在的问题，就船舶自身而言，一方面部分老船受限于船舶结构没有生活污水集污柜；另一方面生活污水处理装置在港口也需要保持一定有机物进入，以维持设备性能。在没有集污柜的情况下，不可能不使用装置，否则在港作业期间设备可能因缺少有机污水进入而失效。

在2013、2014年前后，部分地区地方交通主管部门采取补贴的方式，对老船的生活污水处理装置进行了补贴安装，随着新国标的生效，部分装置性能标准适用错误。此外，根据调研，适用错误标准的新造内河船、国内海船也不在少数，这些船舶的检验发证需要引起重视。

总之，对于船舶生活污水的管理不能停留在口号上，就目前现状而言，船舶生活污水排放实现规范化管理任重而道远，需要我们每一位从业人员付出努力。