船用生化膜生活污水處理裝置的優化設計

劉邵宏，童　偉（.南華工商學院，廣東廣州　50507；.華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東廣州　5064）

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船用生化膜生活污水處理裝置的優化設計

劉邵宏1，童偉2
（1.南華工商學院，廣東廣州510507；2.華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東廣州510641）

摘要：依照IMO MEPC.159（55）的排放要求，設計生產能夠處理中小型船舶生活污水中大腸菌群、懸浮固體和生化需氧量并兼具一定貯存功能的環保設備。該設備采取粉碎處理、生化處理、超濾膜處理和紫外線殺毒等方式對生活污水進行處理并排放，具有體積小、自動化程度高的特點，目前已投入試生產。

關鍵詞：船用設備；污水處理；MBR技術；優化設計

0　引言

依照MEPC.159(55)[1]決議對船用生活污水中大腸菌群、懸浮固體和生化需氧量等指標排放法規，結合目前流行的膜生物法（MBR）處理技術[2]，設計一種小型船用設備來處理并排放生活污水顯得勢在必行。

1　系統工作原理

根據國際公約規定的規則，海區可靈活使用序批式處理或膜法處理。因此本裝置采用活性污泥、接觸氧化和膜分離技術[3]處理有機污染物質，其處理流程見圖1所示。

生活污水首先進入粉碎室預生化處理，當室內液位達到中位時，啟動粉碎泵，將污水粉碎轉駁至置有軟性填料的一級氧化室，然后依次進入二級氧化室進行序批式接觸氧化、生化處理，處理水由流程泵轉駁至清水柜內，當液位達到中位時，排放泵啟動，將處理水泵入超濾膜組或直接排放，經膜組過濾后的排放水經紫外線消毒后排出舷外（系統原理圖見圖2）。

圖1　處理流程圖

圖2　系統原理圖

2　主要參數計算

2.1原始參數

原始參數見表1。

表1　原始參數表

2.2氧化室總容積計算

氧化室面積0.375 m2，室內正常水深1 m，接觸填料(多面球)堆放高度0.8 m。則濾料容積：

V=0.375×0.8=0.3 m3

2.3BOD負荷計算

所以氧化室采用高負荷生物濾池才能將污水處理合格。每天應適量加水，以保持液力負荷，有利于生物活性。

2.4回流比

按《水污染防治手冊》表25.4(P530)推薦，在原污水的BOD在450～600 mg/L范圍內時，采用回流比2～3之間。設計采用回流比為2.6。

回流量為：

選取2級接觸柜，即用雙級濾池串聯工作。

（1）負荷率校核

濾料容積V：0.3 m3，負荷率為：

1.2 kg (BOD5)/ m3(濾床)?d，

故可處理負荷為：1.2×0.3=0.36>

0.35kg(BOD5)/d，

故符合要求。

（2）曝氣接觸氧化時間校核

液力負荷平均值29 L/ h，采用回流比為2.6時，流經接觸柜的污水速率為：

29×（1+2.6）=104.4 L/h

氧化室中停留時間：

故滿足要求。

2.5填料性能參數

采用多面球作填料，其性能參數見表2。

表2　填料性能參數表

2.6曝氣設備及空氣管路的選定

2.6.1曝氣設備選用

本裝置選用WB-150型橡膠可變孔微孔曝氣器。技術參數見表3。

表3　曝氣器參數表

2.6.2空氣管路的布置和管徑的確定

選輸氣總干管和輸氣支管管徑?15 mm。干管氣體流速校核：

式中：Q——氣泵排量10 m3/h；

A——輸氣干管流通面積。

滿足輸氣干管氣流速度10～16 m/s的控制范圍。故選擇輸氣干管管徑?15 mm可行。校核支管氣體流速：

滿足布氣支管氣流速度3～5 m/s的控制范圍。選擇輸氣支管管徑?15 mm可行。

2.6.3供氣量與氣泵容量、風壓的確定

（1）供氣量計算

Q=0.7 m3/d，

進入裝置的生活污水BOD5濃度為：

SO=600 mg/l，

處理后出水BOD5濃度為：

Se=20 mg/l，

則在廢水曝氣生化過程的需氧量為：

O2=Q(SO-Se)=0.7×(600-20)/1000=0.4 kg/d

根據T為20℃，大氣壓為760 mmHg時，空氣的容量ra為1.205 kg/m3，其中氧占23.1%（按重量計），理論需氣量：

考慮到曝氣器的氧利用率EO為15%，實際需氣量:

（2）氣泵容量計算

DK=1.5×10.47/8=1.96 m3/h。

實際選取氣泵容量為10 m3/ h，滿足計算要求。

（3）氣泵風壓的確定

氣泵風壓計算:

P=H+Hd+Hf=1.45+1+0.5=2.95 m=29.5 kPa

選取氣泵風壓為60 kPa。CYBW-10型無油氣泵1臺。

5其他部件選型見表4。

表4　部件型號表

裝置總體布置圖如圖3所示。

圖3　裝置總體布置圖

3　結束語

該設備結合生化處理和超濾膜分離技術，具有占地空間小、處理效率高、膜組件壽命長、操作簡單等特點。目前已在清遠聯鑫船舶機電設備廠投入試生產。

參考文獻：

［1］經修訂的實施生活污水處理裝置排出物標準和性能試驗導則［S］. MEPC. 159（55）：決議.

［2］孟崢嶸，王春明.船舶生活污水處理技術現狀及發展趨勢［J］.交通企業管理，2011，12（20）：50-51.

［3］馬如中.膜分離技術在船用生活污水處理裝置上的應用［J］.船海工程，2010，12（6）：4-6.

(編輯：阮毅)

Optimal Design of a Marine Sewagw Treatment Equipment

LIU Shao-hong1，TONG Wei2
（1.NanHua Industry&Commerce Collage，Guangzhou510507，China；2.College of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou510641，China）

Abstract:According to the resolution IMO-MEPC.159（55），the paper shows a design of marine sewage treatment and part-storage environmental protection equipment which can treat Coliforms, suspended solid and BOD from sewagw by such methods as shatter，biochemical reactions，filtering and UV antivirus. Recently，a small-sized，high-automatic marine machine is in trial production.

Key words:marine equipment；sewagw treatment；optimal design

作者簡介：第一劉邵宏，男，1972年生，湖南邵陽人，碩士，講師/工程師。研究領域：工業產品設計。已發表論文8篇。

收稿日期：2015－05－26

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 014

中圖分類號：U664.9+1

文獻標識碼：B

文章編號：1009－9492 ( 2015 ) 11－0049－03