MBR在艦船生活污水處理上的應用

毛為民，宋金明，江惠明

（1. 浙江凱靈船廠監(jiān)修室，浙江 舟山 316000；2. 湖北工業(yè)大學 工程實訓中心，湖北 武昌430068）

MBR在艦船生活污水處理上的應用

毛為民1，宋金明1，江惠明2

（1. 浙江凱靈船廠監(jiān)修室，浙江 舟山 316000；2. 湖北工業(yè)大學 工程實訓中心，湖北 武昌430068）

對生活污水的有效處理已經(jīng)成為艦船亟待解決的問題。本文對膜生物反應器技術的原理、結構和特點進行了分析。通過一個艦船生活污水處理系統(tǒng)加改裝修理的實例，說明了膜生物反應器技術具備廣闊的應用前景。

生活污水；污水處理系統(tǒng)；膜生物反應器

0 引言

MBR是Membrane Bio-Reactor（膜生物反應器）的英文縮寫，是一種由生物處理單元和膜分離單元相結合的高效污水處理技術。隨著海洋資源開發(fā)和航運事業(yè)的蓬勃發(fā)展，海洋環(huán)境污染問題日益凸顯；艦船生活污水的排放對海洋環(huán)境的影響，隨著艦船數(shù)量的增加而不容忽視。世界各國對海洋保護特別是對領海的保護意識加強，要求艦船對生活污水進行更加有效的處理，以滿足國際海洋防污染公約和地方性法規(guī)的要求[1]。海軍艦船搭乘人員多，艦員長期生活在船上，與普通民船相比，產生的生活廢水數(shù)量要大得多。美、英、法、日等國家的海軍艦船基本上都能對生活污水進行無害化處理。由于受技術、管理等諸方面的限制，目前，我國海軍大多數(shù)艦船的污水處理裝置存在設備容積不夠、操作維修不方便、處理效果不是很穩(wěn)定等問題，很難保證正常運行。艦船到某些國家水域航行和港口靠泊，也常常因為污水處理和排放引起糾紛。因此，在海軍艦船上裝備先進的污水處理裝置，不僅對海洋環(huán)境保護有重要意義，也對維護海軍形象起到重要作用。

1 膜生物反應器(MBR)技術

艦船生活污水一般劃分為“黑水”(廁所排水)和“灰水”(廚房、淋浴室、住艙洗衣排放污水等)，最早采用的生活污水處理方式主要有兩種：收集貯存式和處理排放式。收集貯存式是將含糞尿的廁所沖洗水收集貯貯存在專設的糞便艙柜，靠碼頭后集中排放到岸上的接收裝置，或者待航行到非限制海域時排放。這種處理方式裝置簡單，造價低，但是需要很大的貯存艙柜的容量，特別是長期航行或停泊在禁止排放海域的艦船，更是如此。同時當糞尿需要長期貯存時，還必須使用化學藥品殺菌、消毒劑除臭。處理排放式主要指艦船產生的生活污水，經(jīng)過一定的技術處理手段后，滿足IMO規(guī)定及排放區(qū)域相關的法律法規(guī)要求后，排入水環(huán)境的處理方式，處理技術手段主要有物化法、電化學法和生化法。

隨著 IMO MEPC.159(55)決議的新標準對排放標準提高及用水量增加，以前艦船污水處理裝置所采用的方式已經(jīng)不適合當前的發(fā)展趨勢。目前最具優(yōu)勢的就是結合膜分離技術而形成的膜生物反應器(MBR)技術。國內針對船舶生活污水處理裝置的研制較晚，但發(fā)展十分迅速。近些年國內少數(shù)公司和科研院所先后自主研制了各種生活污水處理裝置，如深圳錦潤實業(yè)有限公司的 MBR(JR)膜生化處理系列設備，中船重工704所研制生產的SBR & MBR污水處理系統(tǒng)等。

MBR一般分為兩個階段：生化處理和膜過濾。生物處理主要是利用微生物降解污水中的有機物；膜過濾是截留活性污泥，使有機物分解菌和硝化菌等增殖速度慢的微生物得以在反應器內繁殖富集[1]。MBR裝置結構示意圖如圖1所示。

圖1 MBR裝置結構示意圖

相比其他污水處理技術，MBR技術主要具有以下優(yōu)點[2]：

1）對污染物的去除率高，抗污泥膨脹能力強，出水中沒有懸浮物，出水水質好并可回用；

2）膜的機械截留作用可使生物反應器內可保持較高的污泥濃度，避免了微生物的流失，從而能有效提高體積負荷，降低污泥負荷，具有極強的抗沖擊能力；

3）膜分離代替了泥水的自然沉降分離，出水水質不受艦船搖晃、振動的影響；

4）泥齡長，可進行硝化反應，污泥產量低；

5）裝置結構緊湊，占用艙室空間少，全流程自動控制，操作簡單，可實現(xiàn)無人值守。

對于艦船來說，如果采用海水沖廁，產生的黑水會攜帶大量的鹽分，導致微生物生長環(huán)境惡化，生物處理效率大大降低，同時使MBR膜長期處于高負荷狀態(tài)，導致膜堵塞嚴重，影響膜的使用壽命。因此，在使用 MBR處理裝置的同時，一般采用中水回用的方法，用中水替代海水沖廁。艦船上的灰水用水量一般為每人每天110升，沖廁用水為每人每天70升，這使得中水回用來源充裕，完全滿足回用沖廁。另外，中水含鹽量不高，中水回用不僅能減少污水的排放，還可減少對管路及衛(wèi)生單元的腐蝕，延長管路及衛(wèi)生單元的使用維護周期，具有顯著的經(jīng)濟效益。

2 某軍用輔船生活污水處理系統(tǒng)加改裝實例

海軍某大型軍用輔船原來的污水處理方式為收集貯存式，已經(jīng)不適合遠洋航行。于是該船在進廠中修時，對原污水處理系統(tǒng)進行了加改裝修理，增加了基于MBR技術的污水處理裝置，將污水轉化為中水，用中水替代海水沖廁。

2.1 工藝流程

污水處理工藝流程如圖 2所示?？煽闯?，廚房、淋浴室、住艙洗衣產生的灰水和沖廁黑水，在重力作用下直接排入污水處理裝置的反硝化柜。在反硝化柜內，污水中的雜物經(jīng)過切割機切割粉碎，大顆粒懸浮固體物質粉碎細化后，由污水泵抽入到好氧生化柜內。在鼓風機充氧的條件下，利用生化柜內的微生物分解污水中的有機污染物，變成無害的二氧化碳和水，同時好氧菌得到繁殖，有機物得到進一步消解。再利用中空纖維膜的選擇透過性實現(xiàn)泥水分離，使得好氧生化柜中的微生物生物富集，提高生物處理效率，生物處理后的污水經(jīng)膜分離后得到潔凈的中水，經(jīng)過紫外消毒后排入中水水箱。再經(jīng)中水泵在壓力控制下自動向壓力罐（原海水壓力罐）補水，供所有艦員廁所和領導房間獨立馬桶沖水。

圖2 MBR污水處理流程

表1 所增加部分管路列表

2.2 加改裝措施

1）管路的設計

原沖廁水管道不變，增加部分管路如表1所示。

2）廁所改造

將現(xiàn)有廁所溝槽式大便器改造為陶瓷或不銹鋼蹲式大便器，小便槽改為陶瓷或不銹鋼小便器。沖廁水管道不變，沖廁水由海水改為中水，供所有艦員廁所和領導房間的馬桶沖廁用水，延時閥控沖洗水量。

3）污水處理裝置

MBR污水處理裝置采用全封閉密封結構，并有強排風模式設計，不會產生臭味，也不會因為船體發(fā)生大角度傾斜或搖擺影響設備的正常運行。在好氧生化柜中投加菌種，只需投加少許營養(yǎng)鹽，就能維持設備內活性菌種的生存。膜組件選用耐藥性強和高強度的中空纖維微濾膜，能獲得高品質產水。

4）先進消毒裝置

對出水大腸桿菌等細菌、病菌進行殺滅消毒，確?；赜盟踩团潘l(wèi)生達標，采用無二次污染的紫外消毒裝置。

5）回用裝置

污水處理裝置所產生的中水進入到中水箱，中水供水系統(tǒng)與海水沖廁系統(tǒng)連接(海水系統(tǒng)保留，可作為應急和備用水源)，多余水排舷外或岸邊污水井。

6）監(jiān)控系統(tǒng)改造設計

將原有污水處理設備的電控柜進行改造。監(jiān)控系統(tǒng)采用PLC + 觸摸屏的方式，系統(tǒng)界面如圖3所示。通過觸摸屏可直觀地了解整個工藝系統(tǒng)的狀況及單元設備的運行狀態(tài)，可隨時輕松完成對系統(tǒng)的控制方式選擇及工藝參數(shù)進行修改與調整。生產過程中出現(xiàn)故障時，可及時發(fā)出語音和聲光報警，同時畫面閃爍顯示，并可記錄、查詢、打印。關鍵的工藝參數(shù)如液位、流量均可進行歷史趨勢和實時趨勢的顯示和記錄，以便進行運行分析及故障分析，準確掌握設備運行情況。

2.3 效果評估

在艦員搬家回船居住并啟用生活污水處理系統(tǒng)一個月后，從該船生活污水處理裝置的進水和出水處提取樣品，送至具有資質的專業(yè)試驗檢測機構進行檢測。檢測方法依據(jù) GB/T6920、 GB/T11901-1989、GB/T 11914-1989、GB/T 5750.11-2006、HJ 505-2009，《水和廢水監(jiān)測分析方法》，檢測結果如表2所示。由檢測數(shù)據(jù)可看出，出水水質符合并高于國際海協(xié)會IMOMEPC.159(55)的排放標準要求，該船生活污水系統(tǒng)的加改裝修理達到了預期效果。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)界面

表2 進水和出水檢測結果

3 總結

1）海軍要走向深海，走向遠海，對污水處理必須達到“國際防污染公約”的標準，在艦船上配備先進的污水處理裝置很有必要。

2）MBR技術能夠高效處理艦船生活污水，所產生的中水回用沖廁，不僅能減少污水的排放，將來還可減少對管路及衛(wèi)生單元的腐蝕，延長管路及衛(wèi)生單元的使用維護周期，該技術在艦船上的應用具備廣闊的前景。

[1] 郭靜斐, 關江. MBR工藝處理船舶生活污水的適用性分析[J]. 沈陽大學學報:自然科學版,2007,19(2): 83-86.

[2] 趙國蓮, 蘇永慧. 膜生物反應器在小區(qū)中水回用中的應用[J]. 科技信息, 2007 (24):54 -54.

[3] 吳昊, 歐陽峰. 中水回用 MBR工藝的研究[J]. 污染防治技術, 2008, 21(4): 48 -50.

Application of MBR on Warship Sewage Treatment

MAO Wei-min1, SONG Jin-ming1, JIANG Hui-ming2
(1.Zhejiang Kailing Shipyard, Zhoushan 316000, China; 2. Training Center，Hubei University of Technology,Wuchang 430068, China)

The effective treatment of warships sewage has become a problem requiring urgent to be solved. In this paper, the principle, structure and character of MBR technology are introduced. Through the analysis of a case on sewage treatment system refit, the results show that MBR technology has vast development prospect.

sewage; sewage treatment system; MBR(Membrane Bio-Reactor)

X703.1

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.01.014

毛為民（1972-），男，工學博士，輪機專業(yè)。研究方向：船舶維修。