船舶油污废水的处理工艺研究

2021-12-09 19:09赖力
航海 2021年6期
关键词:污水治理

赖力

摘  要:本文阐述了船舶油污废水来源、特性及危害,介绍了船舶油污废水处理工艺,包括重力沉降法、浮选法、生物法、混凝法及其他组合工艺等。

关键词:船舶油污废水;污水治理;处理工藝

根据《中国统计年鉴2019》,2018年我国沿海港口货物吞吐量达92.24亿 t,比2015年增长了17.57%,对外贸易增长的同时面临着沿海港口船舶污染日益严峻的问题[1]。船舶含油污水是指在船舶主辅机舱等舱室产生的含油污水,其泄漏和排放对海洋环境污染危害较大,其污染物可能通过食物链影响人类健康。

1 船舶油污废水的来源

船舶含油污水根据来源可将船舶含油污水分为船舶正常海运过程中排放的含油压载水、含油洗舱水和舱底含油污水等三大类[2]。(1)船舶含油压载水指在船舶海运过程中,因保证航行安全和提高推进器效率的需要,将海水注入或排出货舱内或压舱内,通过调整船舶的吃水深度和船体纵、横向的平稳来达到降低船体震动的目的。(2)船舶含油洗舱水主要指运输过程中抽取海水清洗船舱时所产生的含油污水,尤其普遍出现在船舶运送石油及其制品的过程中,这类废水油分含量相对较高。(3)船舶内置的船舶动力装置系统,在船运过程中船舶舱室内各种零件和管路会有少量海水渗出,动力装置的运转过程中也会少量润滑油、燃料油等油品漏出,以及在保养维修过程船舶零件也会有润滑油等油品渗出,以上渗出的油品与渗出的水混合在一起,形成含油的船舶舱底水。

2 船舶油污废水的特性及危害

我国近年来投入大量大吨位船舶用于海上运输,由此产生船舶舱底含油污水也越来越多,这成为我国船舶污水处理道路上一个亟待解决的问题[3]。现阶段船舶洗舱水多使用海水,部分船只会将洗舱水与压载水直接混合增大了处理难度。船舶油污废水其处理难度大,主要体现在以下几个方面:(1)水质水量波动大,主要是在生产过程中压载水及洗舱水排放都是间断进行导致;(2)有机物种类多,毒性较强,较难生物降解或不可生物降解的物质占了较大的比例无法直接进行厌氧生化;(3)含油量高,船舶油污水中,油的分散状态主要为浮上油和分散油,不含表面活性剂的乳化油,粒度小于10 μm的油约占油浓度的15%左右。

船舶油污废水的违规排放对海洋环境造成污染,破坏海洋生物的正常代谢,影响微生物种群的组成[4] ,而且,超标排放的油污废水也会对人类社会造成危害,影响沿岸渔业和农业的发展,导致养殖的水生动植物大面积死亡,废水中的含油类污染物通过水循环渗入农田,引发农作物减产甚至枯萎。这不仅引起当地经济损失,还终将危害人类的身体健康,石油及其衍生产品具有致癌、致畸、致突变作用[5],通过水体中的食物链富集最终被人类摄入,从而引起人体各器官和组织的病变。因此,在生产经营过程,要不断加强对船舶油污废水的排放监管力度,维护人类赖以生存的环境。

3 船舶油污废水的处理工艺研究

近年来,由于对船舶油污废水排放监管力度不足,对沿海水体环境造成的污染越来越严重,引起了学者的广泛重视[6],大量的科研工作者致力于开发新技术优化含船舶含油污水处理,经过大量的试验,逐渐形成成熟含油污水处理工艺方法。根据目前世界范围内对各种处理方法的归纳整合,主流工艺有重力沉降法、浮选法、生物法、絮凝法及组合方法等。

3.1 重力沉降法

重力沉降法主要利用油水密度差及油水的互不相溶性,在低流速或静止状态下实现油相与水相的分离[7]。废水中油滴主要受力作用来自自身重力、浮力、油滴在水中运动时的阻力,分散在水中的油滴在浮力作用下缓慢上浮、分层,最终通过刮油器等刮渣设备将油水进行分离。常用的设备是横向流除油器、波纹板聚结油水分离器、聚集型油水分离器。重力沉降法操作简便,设备维护费用低,无二次污染,但分离效果一般,大部分用来进行前期预处理。

曹建树等[8]采用斜通道波纹板填料作为内部分离组件的新型油水分离器作为预处理工艺,新型波纹板油水分离器结合了浅池和聚结技术,结构紧凑,通过强化分析和现场试用结果表明:相比于重力沉降罐,节约了70%占地面积;当油含量在200~600 mg/L时,除油率可达90%上,处理效率高;相比于吸气浮选机相比维护费用较低、设备密闭性更好、没有二次污染等优点,具有开发推广价值。

3.2 浮选法

气浮法是通过向水中进气,由于浮油的密度比水小,油滴和杂质粘附在气泡上随气泡浮出水面,实现油水分层,从而完成对含油污水的净化处理[9]。由于气浮的设备处理污水能力强,产泥少,处理效率高等优势,在含油污水处理中展现了极大的潜力[10]。影响浮选分离效果和效率的因素主要包括污水的流动状态、进气量、温度和pH值等。目前,广泛应用的气浮法主要为曝气气浮法、加压溶气气浮法等,其中叶轮浮选法存在处理污水量大,但是制造、维修费用高、能耗较高等特点;加压溶气气浮法适合处理含油量较低的含油污水,且停留时间较短。浮选法的缺点也很明显,由于空气泡吸附能力有限只适用于小颗粒油滴(分散乳化油或小体积固体悬浮物)的去除,导致其应用范围相对较小。学者也经常采用气浮法作为预处理工艺以获得后端生化反应较优的处理效果,傅雷鸣[11]等采用气浮法对含油污水进行预处理,在生化反应池后增加MBR使得出水达标排放。

3.3 生物法

生物法主要是利用特定微生物体内酶催化并转化含油污水中的烃类物质,同时部分油类物质通过微生物正常代谢进行降解[12]。目前,较为常用的水处理方法为活性污泥法和生物膜法。生物法是一种清洁的水处理技术,尤其是该法处理效果好且反应过程无有毒有害副产物生成。缺点是适应微生物生存的水质条件要求较高,且生化系统的日常维护费用也较高。

研究表明,将各种生化反应器进行组合对降解含油废水中的有机物具有较大的潜力。Liu[13]等学者将含有大量难溶解的有机物质和低N、P组分的重油污水通过上流式厌氧污泥床与固定化生物曝气过滤器组合工艺,能获得较好的处理效果。处理结果表明,COD、NH4-N和SS去除率分别达到74%、94%、98%;其中,烷烃在通过上流式厌氧污泥层处理后大量减少,而固定化生物曝气过滤器的主要作用体现在降解有机化合物和移除氨氮、悬浮固体含量上。李明波[14]等将运输石油的船舶产生的石化废水通过膜生物反应器进行处理,研究表明膜生物反应器尤其适用于处理低浓度船舶含油污水。经试验研究发现当进水油含量低于33.8 mg/L时膜生物反应器去除效果最好,但反应过程中存在一定的膜阻塞和膜污染问题。

3.4 絮凝法

絮凝法是一种应用十分广泛的传统处理含油污水的技术。絮凝法主要是通过加入絮凝剂,使含油污水中的悬浮物或者油滴凝聚成絮体,通过沉淀或者过滤去除,是一种经济有效、方便、腐蝕小的汚水处理方法。絮凝剂在含油污水处理中主要起到吸附架桥,电中和及网捕卷扫的作用[15]。絮凝法一般用于乳化油的去除,因出水水质好,絮凝剂价格低廉等优点备受关注,但也存在占地面积大、产生的污泥处理困难等缺点。经过专家学者们不断开发新型絮凝剂,以及同新兴的高级氧化技术联用从而达到更优的处理效果也是研究热点。刘溪语[16]通过超声强化技术联合芬顿氧化处理船舶含油污水,污水中的油分得到了有效降解,同时探讨船舶含油污水回用的可能性,具有一定的现实意义。

3.5 组合工艺

随着船舶油污废水水质水量的波动性变化,水污染防治力度的加大,以及单一工艺处理效果越来越难以实现达标排放的巨大压力[17]下,不少学者在探究船舶油污废水治理工艺上逐渐倾向于利用各工艺优势进行组合处理,以期获得最优的处理效果。王慧娟[18]等采用高效气浮+臭氧氧化+内循环曝气生物滤池(BAF)的组合工艺对油污油废水进行提标处理,经1年的实际运行效果表明,处理后的 BOD5、COD、NH4+-N、SS、TN 的质量浓度分别为 9.1、45.3、4.5、20.3、27.1 mg/L。高效气浮单元通过高压回流溶气水减压产生大量的微气泡,可以形成密度小于水的气浮体,进行固—液或液—液分离,较一般溶气气浮更加高效、节能。臭氧催化氧化单元可将大分子、长链难降解有机物进行氧化分解利于生化反应的有机小分子[19],从而提高废水B/C。最后,曝气生物滤池用于后生化处理单元,该工艺结合了气浮的吸附、分离过滤作用和生化代谢净化作用,不仅建设成本低、效率高、水质达标、操作管理方便等优点。

4 结 语

尽管船舶油污废水具有水质水量波动大,有机物种类多,毒性强,含油量高等特点,处理难度大,但专家学者们在船舶油污废水治理工艺上的研究效果显著。随着国务院最严格生态环境保护制度的出台,海洋资源环境保护力度的加强,改善生态环境系统的坚定决心,需要我们因地制宜,协调区域发展的需求,探索更多高效、经济的工艺方法加强对船舶油污废水的无害化处理。

参考文献

[1] 中国统计年鉴:2019.

[2] 许海梁, 熊德琪, 殷佩海. 船舶油污水处理技术进展[J]. 交通环保, 2000, 21(3): 5-9.

[3] 中华人民共和国环境保护部. 船舶水污染物排放标准 (二次征求意见稿) 编制说明[R]. 2018.

[4] 王立华,于宏斌.船舶油污水处理技术研究[J].机电设备,2014,31(5):62-63.

[5] 吕建民.基于模糊FMEA的船舶含油污水排放状况研究[D].大连海事大学,2008.

[6] 柯广庆.浅谈船舶排放舱底水造成污染事故的现状、原因及对策[J].中国水运:学术 版,2007,7(7):43-44.

[7] FOROUTAN R, F S KHOO, B RAMAVANDI, et al. Heavy metals removal from synthetic and shipyard wastewater using Phoenix dactylifera activated carbon[J]. Desalination & Water Treatment, 2017, 82: 146-156.

[8] 曹建树,李卫清新型波纹板油水分离器的应用研究[J].流体机械,2005,33(9):1-3.

[9] 龚 帆,刘 霞,顾人吉.一种组合工艺的船舶油污水处理技术[J].上海船舶运输科学研究所学报,2019,9,42(3):80-84.

[10] GIUSTRA M G, DI BELLA G. Shipboard wastewater treatment using granular activated carbon: adsorption test and bioregeneration[J]. Journal of Environmental Engineering,2017, 143(10).

[11] 傅雷鸣.膜生物反应器处理食品行业高浓度含油废水研究[D].南京农业大学,2016.

[12] 王卓飞,曾文超,魏新春等.稠油污水深度处理与回用技术探讨[J].油气田环境保护,2010, 20(S1):63-65+84.

[13] Liu G H,Ye Z.Biotreatment of heavy oil wastewater bu commbined up flow anaerobic sludge blanket and immobilized biological aerated filter in a pilot-scale test[J].Biochemical Engineering Journal,2013,72:48-53.

[14] 李明波,卢爱平,孙伟等.膜生物反应器工艺处理炼油废水中试研究[J].广州化工. 2010,38(09):141-143.

[15] 吴江涛.冷轧乳化液废水深度处理的中试研究[D].华中科技大学,2011.

[16] 刘溪语.超声强化技术联合芬顿氧化处理船舶含油污水的效能研究[D].哈尔滨工程大学,2019.

[17] 中华人民共和国环境保护部. 船舶水污染物排放控制标准[S]. GB 3552-2018.北京:中国环境科学出版社. 2018.

[18] 王慧娟,段新耿.组合工艺提标改造炼油污水工程实例[J].水处理技术. 2019,45(03):137-139

[19] 汪晓军,林德贤,顾晓扬等.臭氧-曝气生物滤池处理酸性玫瑰红染料废水[J].环境污染治理技术与设备. 2006,(07):43-46.

猜你喜欢
污水治理
浅谈环境保护污水治理技术
农村生活污水治理分析
城市环境保护中污水治理问题及应对措施分析
城市环境保护中的污水治理问题与对策分析
啤酒生产项目环保验收应注意的问题
探讨环境工程中的污水治理
PPP模式下城市污水治理的现状分析
城市环境保护中污水治理的问题与建议
世界银行天台农村及小城镇污水治理项目研究
环境工程建设中污水治理问题及对策研究