大洋勘探船水污染控制及排放技术研究

尹 艳，鲁 建，杜玉春，王钰涵

(上海外高桥造船有限公司，上海 200137)

0 引 言

伴随着能源需求量的增大，海上油气田勘探开发不断增加，排放的大量污水导致海洋受到严重的污染，破坏海洋生态环境[1-2]。因此，许多组织都出台了相应的政策来减少船舶污染物的排放。在行业中耳熟能详的就是国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)出台的MARPOL公约及其附则[3-4]。近几年，我国关于水污染控制的要求也越来越严格。2018年7月1日，国家生态环境部发布的GB 3552—2018《船舶水污染物排放控制标准》生效实施。

由于大洋勘探船本身的特点，船上会载有大量的科学家，并设置船载实验室供科学家进行科学研究，在勘探和研究过程中会产生大量的污水，尤其是船载实验室带有化学成分，甚至是辐射物质的污水。为了全面提高大洋勘探船环保性能，主要从含油污水、生活污水及船载实验室污水三方面进行研究。

1 含油污染物的来源和处理技术

1.1 油污水来源

大洋勘探船引起的油污染，按来源主要由如下几部分组成：①在机械作业过程中产生的油类残渣以及油污水；②在钻探过程中，井喷等突发事件和事故带来的污染；③含有岩屑的泥浆。

1.2 含油污染物的处理技术研究

针对不同含油污染物，处理方法也不尽相同。油类残渣和污油泄放至污油舱储存后，定期通岸或排至平台供给船处理。目前主流的处理工作区域污染物的方法为经撇油柜后通岸或暂时储存。对于舱底水和露天甲板泄放系统的油污水，常规的油水分离器即可满足排放要求[6]。

大洋勘探船采用无隔水管开式循环，针对该循环方式，泥浆和岩屑无法回收处理，可以配置环保型的泥浆，如烷基葡萄糖苷泥浆或合成基泥浆，这种泥浆具有无毒、表面活性良好、对皮肤无刺激性及快速降解生物且完全等优点；对于常规的泥浆，配置相应的处理装置，如岩屑输送器、甩干机等，采用物理机械和化学药剂相结合的方法，使泥浆达到排放标准后进行合理排放。

针对含有岩屑的泥浆，由于岩屑表面被泥浆包裹，泥浆中含有各种重金属离子等有害元素。对于北海地区、泰国湾、墨西哥湾、俄罗斯远东海域等国外海湾钻井作业区，常利用岩屑回注设备将含有害物质的岩屑回注到地层中。其中，岩屑回注设备主要由岩屑传输单元、浆体处理单元、回注浆储存单元、回注单元这4部分组成，岩屑回注技术工艺流程如图1所示。

图1 岩屑回注技术工艺流程

由图1可知，首先通过固控系统收集岩屑，并通过传输系统将其运送到浆体处理单元，其他钻井废弃物，如过量的钻井液、雨水被另外收集并被转运。然后，通过浆体处理单元把岩屑和水混合，并通过特殊的研磨泵处理成预定颗粒级的黏稠浆体。最后将处理好的浆体输送到回注浆储存单元，待浆体量足够后用回注泵进行回注。

2 生活污水来源及处理技术

2.1 生活污水来源

大洋勘探船的生活污水主要指的是卫生间排放物、医务室的面盆、洗澡盆和这些处所排水孔的排出物及上述混合污水。

2.2 生活污水处理技术

生活污水处理技术在船舶上应用已久，相关处理技术已经很成熟，生化法已经成为主流，90%左右的装船产品都为生化品。目前比较流行的就是在生化法的基础上结合高分子膜技术。

大洋勘探船属于工作船，污水系统在设计时需要考虑停泊勘探和航行两种工况。

(1) 正常航行工况。

船舶在正常航行的时候，根据规范要求可以一定的速率排放未经处理的生活污水，排放速率可以按照下式计算：

DRmax=0.009 26VmaxDmaxB=26.18 m3/h

式中：DRmax为最大允许排放率，单位为m3/h；Vmax为船舶最大航行速度，取值13 kn(1 kn=1.852 km/h)；Dmax为船舶最大夏季吃水，取值7.25 m；B为船宽，取值30 m。

根据上述公式计算不同吃水和航速下未经处理的生活污水排放速率，如表1所示，污水输送泵选择5 m3/h，基本上可以满足任何时候的排放。

表1 生活污水的排放速率

(2) 停泊勘探工况。

根据规范要求，未处理的污水不允许排放入海，必须经过生活污水处理装置处理，污水处理装置工作的时候产生的渣也无法排放入海；大洋勘探船定员110人，配置的污水处理装置每天的产渣量是235升/天，大洋勘探船的工作周期为60～70天，一个周期的渣量为14～16.5 m3，需配备一个不小于上述容积的生活污水储存柜，选20 m3，原理如图2所示。

图2 生活污水处理系统

从图2可以看出，首先生活污水进入曝气室，在空气压缩机供氧搅拌下，将污水和活性污泥混合，再经过数小时曝气后，污水中的有机物转化为无机物，如二氧化碳、水和氨等；之后进入沉淀箱，活性污泥会沉淀在底部，没有完全沉淀的污水会再次返回曝气室；处理后的污水进入初级处理水箱，水箱达到一定液位后，泵入膜组件进行处理；污水最终在处理水箱经紫外线消毒后排出舷外，排放水质可以满足最新IMO要求。

目前对于船上产生的灰水(洗衣水、厨房洗涤水等)，MARPOL公约目前没有强制排控要求，也无PSC检查对排放生活污水的取样分析要求。所以，目前船舶的设计通常有两种处理方式：一种是将灰水排放管路单独接入生活污水处理装置，同时设置直接排舷外的管路；另一种是将灰水排入污水收集舱，为了满足各个区域的排放要求，再通过泵驳运至污水处理装置进行处理。

3 船载实验室污水研究

3.1 陆地实验室的污水处理及控制的方法

处理陆地实验室废水主要采用物理法、化学法和生物法这三种方法。利用物理原理分离废水中的悬浮颗粒物，为物理法；通过化学反应来溶解相应的胶体物质，为化学法；去除废水中的胶体和溶解中的有机物质，为生物法。实验室废水的处理大多数是两种或三种处理方法的结合，比如化学法+物理法，先通过化学反应析出固体颗粒，再过滤掉固体颗粒。

简单化学法的处理方式：

(1) 对于酸性和碱性废水，采用中和试剂中和废水。

(2) 对于含有放射性核素的特殊废水，根据核素的半衰期的长短进行不一样的处理。对于含有长寿命放射性核素且放射性浓度高的废水，将废水集中存放，采用净化法进行处理，在净化过程中产生的少量浓缩液可采用固化法处理；对于含有短寿命放射性核素的废水，采用储存法进行处理。

3.2 大洋勘探船船载实验室的污水来源

大洋勘探船主要勘探海洋矿产资源，所配载的实验室也主要是为此服务的，船载实验室有X-射线室、影响室、化学实验室等。在对勘探物质进行实验分析时，难免会产生相应的污水，对于船载射线室，难免会涉及放射性核素的废水；分析以矿产资源为主，产生的污废水含有各种重金属，以无机废水为主。因此，X-射线室产生的含有辐射物的污水及化学实验室产生的含有重金属离子的污水是船载实验室污水处理的重点对象。

3.3 勘探船船载实验室的污水处理技术分析

实验室废水由于其特殊性且富含各种有毒有害强腐蚀性化学品，可以对其先分类后综合。首先，对实验室高浓度废液配置专用废液回收桶收集，船靠岸后转移至陆上，由有资质的专业处理厂家处理；其次，对于无毒无害低浓度实验室废水，可参考陆用实验室污水处理方案，结合大洋勘探船自身设备布置特点，充分考虑船舶续航力和实验能力，设计出一种既节约环保又能够满足排放要求的实验室综合水处理系统，按无机、有机综合废水设计一体化进行处理，并达到《污水综合排放标准》中规定的三级排放标准后排放。

具体处理原理：首先添加氧化剂进行污水中和处理，产生不溶于水的固态物质，处理后的污水经过滤器过滤，把固体过滤出来(过滤出来的含有重金属的固体物质可以打包存放)，然后通过船用生活污水处理装置中的消毒系统进行消毒后排放；对于射线室产生的含有辐射物的污水先进行收集，储存在衰变池中，使其自然衰变，待衰变至标准范围之内再排放至上述实验室污水系统中，原理如图3所示。详细流程如下：

图3 勘探船船载实验室污水处理的系统图

(1) 实验室产生的污水通过泄放系统收集于污水收集柜中(见图3中1)。

(2) 通过污水输送泵1(见图3中2)驳运至化学反应柜，化学反应柜配有自动加药泵(见图3中11)，另外化学反应柜还配有搅拌器(见图3中4)，以方便化学反应更充分。

(3) 反应过后的污水经过滤器(见图3中5)把化学反应生成的固体过滤出来。

(4) 经过滤器后的污水再经过污水输送泵2(见图3中6)驳运至通岸接头或者生活污水处理装置(见图3中7)中进行紫外线消毒处理，最后排放入海。

4 结 语

本文通过对大洋勘探船的含油污水、生活污水和船载实验室污水等进行水污染控制及排放技术开展研究。其中，船载实验室产生的污水目前没有详细的处理方法和处理装置，因此综合陆地处理方式设计出了一种既节约环保又满足排放要求的船载实验室污水处理系统。虽然这种处理方法目前没有先例，但通过上述分析，此方法能有效处理船载实验室污水，不仅可以避免对海洋生物的影响，还能节能增效，充分利用船舶自带的设备，无须增加其他设备就可以实现污水处理，具有推广意义。