新型船用生活污水處理裝置的研究

汪留林

摘 要： 工業污染、城市、大氣、農田地表水和船舶污染是江河湖海水質污染的幾大源頭，而船舶污染物是其最直接的污染源。當前，除長江水域日益受到污染外，大運河水域也難以做到污染物“0”排放，而使得南水北調工程受到較大影響。本文作者結合自己的工作經驗并加以反思，對新型船用生活污水處理裝置進行了深入的探討，具有重要的現實意義。

關鍵詞： 船舶污染物；船舶管理；船用生活污水處理裝置

本研究的目的就是開發出一種一次性綜合處理船上的糞便、垃圾、艙底水、生活污水等的新型船用污染物處理裝置，應用于內河及海上船舶，保障水域環境的清潔。擬開展的該項研究，還將充分利用柴油機尾氣的廢棄熱能。

1 船舶污染物及國內處理裝置現狀

船舶污染物種類有洗浴、洗滌、餐廚污水、糞便及沖洗水污染和艙底油污水污染、固體廢棄物污染。這么多污染即使在陸上處理也是麻煩事，現在卻面臨船身處理場地狹小、飄泊不定、處理系統的投資、耗能、運營成本都不能高。此外，為避免污水污物高溫盛夏產生二惡英等腐臭氣體，危害船員健康，系統必須自動化操作封閉運行。由于單船每天的污水污物量不大，需要處理設備的微型化，以保證船舶污水污物零排放和少量集中上岸的要求。

目前，國內現行的船舶污染物處理裝置包含有：油污水分離器、油污水艙、生活污水處理裝置、生活污水儲存柜、垃圾貯存箱等。實船應用中處理裝置繁多、過程復雜、成本高昂。近年來，國內外圍繞綜合處理方案展開一定研究，但均沒有一種綜合、集中的污染物處理裝置來一次性處理船上的糞便、垃圾、艙底水、生活污水等。而且傳統處理方式易產生二次能源消耗，還導致二次污染。

2 研究方案

2.1 研究內容

研究一種能綜合處理各種船上固體、液體及固液混合污染物的處理裝置，并利用船舶尾氣作為動力源之一對污染物進行綜合處理。

2.2 擬解決的關鍵問題

通過研究，解決船上產生的污染物不能集中處理的關鍵問題，同時就該裝置工作時可能造成的大氣污染進行分析研究，以滿足排放標準的要求。

解決船上空間狹小不利于安裝多種防污染處理裝置的矛盾，一次性處理固態、液態污染物。該新型處理裝置配備排氣蒸發裝置和焚燒爐，應用成熟的專利技術，將艙底污水和洗浴、洗滌、餐廚、糞便污水混凝沉淀，固液分離。充分利用柴油機廢棄熱能，定時定量將固態分離物濃縮、焚燒成灰燼，到港后清理上岸；將液態分離物定時定量泵入灼熱、高壓主輔機排氣管包圍的烘箱中，分離、蒸發、高溫氧化排入大氣。最終實現水域“0”排放要求。

3 新型船用生活污水處理裝置工作原理

為了解決船舶污水污物的處理問題，本處理裝置提供這樣一種系統，它由混沉罐將洗浴、洗滌、餐廚和經過油水分離艙底水的污水，應用時間繼電器或計祘機控制的間歇投配藥物、間歇混凝沉淀進行固液分離，上清液經螺桿計量泵、輸 水嘴壓入烘箱，在灼熱、高壓、脈動、旋轉的氣流中，分離、蒸發、高溫氧化排入大氣。為減輕可能產生的爆燃影響，主輔機排氣管上設有膨脹節，主輔機排氣管內安裝螺旋葉片，主輔機排氣管上還安裝了垃圾烘干箱。停泊時，依靠輔機排氣管的排氣蒸發裝置處理。

糞便污水和混沉罐 圓錐底內的污泥匯入螺桿計量泵桶內，桶壁上有小孔，污泥和糞便污水在螺桿的擠壓下進一步濃縮，由于螺桿的持續運動，小孔也不會堵塞，污泥糞便濃渣經下部的窄縫出口定時定量排入焚燒爐，為防止在窄縫出口處燒結，在其外圍設置了冷卻水套，污泥糞便落入轉動的轉盤爐柵上，刮板的尖部迎著轉盤爐柵旋轉的方向略呈勾形，貼著轉盤爐柵盤面，刮板上部兩端的軸套與固定在爐壁上的刮板軸滑動配合，由于離心力的作用，刮板勾形尖部將轉盤爐柵上的焚燒物逐漸刮出盤外，落入焚燒爐底的是灼熱的灰燼。排風嘴出口方向與焚燒爐圓周內壁相切，并正對受風板的高度中間，這樣，排風嘴就能為焚燒爐供氧和為轉盤爐柵提供轉動的動能。風機的抽吸也使垃圾烘干箱、螺桿計量泵內形成負壓，不使有害氣體從機體逸出，從而污染船員的生活、工作環境。到港時，由專職人員打開密碼鎖連同垃圾烘干箱灰燼一同清理上岸。

圖中：

l綜合污水管；2污水罐；3電磁閥；4水泵；5混沉罐：6輸液管；7貯液罐；8螺桿計量泵；9輸水嘴；10主機排氣管；11膨脹節；12垃圾烘干箱；13污泥糞便罐；14糞便污水管；10計量泵桶；1 6螺桿；17窄縫出口；18冷卻水套：l9焚燒爐；20電熱絲；21刮板軸；22刮板：23軸套；24轉盤爐柵：25中心軸；26受風板；27風機；28排風嘴；29除塵器；30排氣蒸發裝置；31濾液管.

4 尾氣利用研究

船舶柴油機尾氣雖然造成大氣污染，但同時也是一項寶貴的資源。大連海事大學的潘新祥副校長、長江學者馬洪斌先生就已開發利用柴油機尾氣作為船上空調、制冰機動力源。上海交通大學的王如竹教授也對船上柴油機尾氣用于吸附式制冷進行了深入的探討；此外中國海洋大學的有關教授、學者也開展了這方面的研究工作。

根據統計，柴油機排出的尾氣溫度至少為300℃以上（有些情況下可達500℃以上）。本研究的目的就是開發出一種新型船用污染物處理裝置，利用尾氣作為垃圾烘干箱和焚燒爐的熱源，一次性綜合處理船上的尾氣、糞便、垃圾、艙底水、生活污水等污染物，應用于內河及海上船舶，保障水域環境的清潔，定時定量將固態分離物濃縮、焚燒成灰燼，到港后清理上岸。

一般而言，垃圾烘干箱300℃以上的溫度基本可以滿足要求。但由于焚燒爐最終溫度將達到800℃以上，單用電熱棒加熱將耗費很大功率。有了300℃以上尾氣的基礎溫度，也將降低可觀的能量消耗。

5 二惡英分解方案

二惡英類是一類非常穩定的親脂性固體化合物，難溶于水，可溶于大部分有機溶劑，所以二惡英類容易在生物體內積累。其熔點較高，分解溫度大于700℃，而且在緩慢冷卻過程中又極易還原。自然界的微生物降解、水解和光解作用對二惡英類的分子結構影響較小，難以自然降解。

目前，關于二惡英分解普遍的看法是850℃左右、在爐膛中停留時間到達2秒，或1000℃左右在爐膛里停留1秒或是1200℃左右停留幾微秒被認為二惡英可以完全分解。若是溫度控制在1200℃以上，生成物中將幾乎不包含二惡英前體物，大大降低后期的重新合成幾率。

本裝置由尾氣作為垃圾烘干箱和焚燒爐的熱源，烘干箱內污染物烘干后產生的廢臭氣體，由風機抽吸經排風嘴送進焚燒爐再用電熱棒加溫至800℃以上，使氣體中的二惡英停留時間2至3秒，以完全分解。

氣體排出船外過程中，由冷卻水套快速冷卻至150℃以下，以防止緩慢冷卻后又還原為二惡英。

6 結束語

開發一種新型節能減排的、節能減排的、更符合船舶實際航行狀況及海事監管要求的內河船舶生活污水處理裝置迫在眉睫。內河水域污染防治是我國的一項重要國策，也是堅持科學發展觀，大力推進生態文明建設的一項重大舉措。扎實做好內河船舶生活污水處理裝置研究，就是為實現航運與生態環境的協調發展，也是為建設長江水系以及南水北調東線京杭運河蘇北段“清水廊道”作出貢獻。