“零排放全降解”船舶生活污水處理設備及應用展望

胡榮華

隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的不斷深入，打好污染防治攻堅戰掀起了一場全民熱潮，由此，對船舶生活污水排放的控制將越來越嚴格。根據長江海事局向船舶單位和船舶發布的《關于嚴控長江干線船舶污染物排放的通告》要求，自2019年6月1日起，船舶生活污水、含油污水不滿足排放要求的船舶將被禁止通過三峽和葛洲壩船閘；并且，自2019年9月1日起，海事管理機構將對生活污水、含油污水排放不滿足要求的船舶依法采取責令臨時禁航、停止作業、滯留等行政措施。

同時，根據交通運輸部發布的《400總噸以下內河船舶水污染防治管理辦法》規定：自2020年10月1日起禁止船舶在飲用水水源保護區、京杭運河、漓江及其他要求禁止生活污水排放的水域排放生活污水。在這種情況下，留給船舶生活污水處置的方法就只有儲存后退岸接收這一“零排放全接收”的模式了。

但應該看到：在部分地區退岸接收還是存在一定的困難，除了本身的接收設施建設尚未完備之外，船舶生活污水的退岸還收到船期的限制。為解決這一問題，本文對一款“零排放全降解”模式的船舶生活污水處理設備予以探究，探討其推廣的可行性，具體如下：

船舶生活污水的危害

船舶生活污水中含有大約幾百萬個細菌，其中多數是致病細菌，可傳染多種腸道傳染病。這些生活污水如果不經過充分處理以殺死病細菌的話，就會污染水源，并傳播這類疾病，這便會對人類的健康產生威脅。

此外，船舶生活污水未經處理任意排入水環境，還會發生一系列生化作用。水環境的自然凈化過程是細菌及其他微生物利用水中的溶解氧將有機物分解為無機物和二氧化碳的過程。水藻吸收二氧化碳，通過光合作用使自身生長，同時放出氧氣。這種自然凈化過程雖然進行得非常緩慢，但該過程仍然是一種平衡過程，而維持該平衡的決定因素是溶解氧的含量。如果大量的生活污水排入水環境，就會造成水中溶解氧的含量降低，破壞了水環境的自然凈化過程和生態平衡，改變了水環境的生態特征，造成水環境中的魚類等動物的死亡或遷移。船舶生活污水中的營養鹽進入水環境后，當其含量達到0.01毫克/升時，便可使藻類過度地生長和繁殖，出現富營養化，使水中溶解氧的含量降低，產生厭氧條件，使海洋動、植物群中的好氣性群體（如魚類）被低級的厭氧群體（軟蟲類）所取代。水環境的自然凈化過程的破壞再加之生活污水中懸浮固體的存在，將對海濱浴場和漁場的資源產生較嚴重的影響。

設備工作原理

該新型船舶生活污水處理設備通過菌槽內所設置的攪拌系統，經充分攪拌后，使得落入到菌槽內的生活污水與投放的菌料充分接觸，菌料中的微生物把這些生活污水分解成能被微生物利用的低分子物質，微生物攝取這些低分子物質后，最后將其轉化成二氧化碳、水和少量氨氣排出。因此，該新型船舶生活污水處理設備能實現污水的零排放，且生化過程不用水（少量清潔用沖洗水不計），大規模推廣后能有效改善生態鏈，解決船舶排放生活污水后造成的水質污染問題。

本設備生化過程所采用的微生物菌料來自于大自然土壤中提取物，主要由枯草芽孢桿菌、斜臥青霉菌、米根霉菌、肉色擲孢酵母、平常漢遜酵母、鏈霉菌等組成，經篩選、培育、繁殖等步驟后投放入菌槽內，該菌料具備如下特點：

● 能對生活污水和廁所用紙有效地進行分解處理，不留任何固體；

● 消耗生活污水中的病原菌、蛔蟲卵等有害菌，避免這些菌種對人體進行二次感染；

● 自身傳代繁殖能力強，與生活污水形成相互依賴的生態鏈；

● 遺傳性穩定、無毒、無害，對活體及生態安全；

●生存能力強，可在-55℃～75℃生存。

微生物菌料的載體是經特殊處理的木片，木片上多樣大小的氣孔構成了適合于微生物棲息的構造，形成了微生物和放線菌類有益微生物的棲息地，且耐腐蝕性、耐磨性、水、脫水性和吸附性，適合微生物的繁殖和工作。

工作條件

● 環境溫度：-5～45℃

● 相對濕度小于95%

● 船舶橫傾不超過15°

● 橫搖不超過22.5°

● 縱傾不超過5°

● 縱搖不超過7.5°

系統組成

系統主要由殼體、坐便器、電動水平閘門總成、UV隔離殺毒裝置、菌槽總成、排氣管系、應急排水管系、PLC控制系統、設備電源、平衡箱、人體感應系統等組成。具體如下圖所示：

1、殼體和電動水平閘門總成

殼體由2毫米304不銹鋼板加工而成，上部安置坐便器，下部將菌槽包絡其中，使本設備構成一個外形美觀的整體。使用后，除擦拭清潔坐便器少量用水外，基本無需再用水沖洗。為防止菌料被長時間浸沒，菌槽也不允許大量水進入其中。

電動水平閘門將坐便器經過UV隔離與菌槽相連接，處于常閉狀態，僅在使用坐便器時開啟閘門，生活污水經過電動水平閘的開口UV隔離進入菌槽。閘門的啟閉通過控制按鈕操作，由電動執行機構經過齒輪、齒條驅動閘門的啟閉動作。閘門上還配有應急排放口，用以排去流入坐便器中多余的水。

2、菌槽總成

菌槽為儲置菌料及粉碎所進入生活污水中的大顆粒物質，并將其混合再進行處理降解的處所，是本設備的核心部件，其總成包括：菌槽本體、攪拌器驅動機構、攪拌器、菌槽加熱、保溫及溫度及濕度控制器件、液位報警傳感器等。攪拌器由攪拌器驅動機構驅動，經減速器及一對減速齒輪后保持低速攪拌速率。

菌槽本體、攪拌器軸和攪拌葉片均采用不銹鋼加工制作而成，菌槽本體的有效容量依據設計的人數，再加適當的余量確定。

為維持菌槽穩定的恒溫工作環境，在菌槽外壁設有加熱、保溫、溫度及濕度傳感器等器件，以對菌槽環境進行不間斷的實時控制。加熱器件為硅膠加熱板，功率200W、電壓24V，兩組加熱板間采用聚烯亞胺絕緣膜分隔，正常使用其中一組，另一組備用，以進一步提高本設備運行的可靠性。在外層加熱板外表面設置保溫層，保溫層由PE棉及玻璃纖維布外貼鋁箔構成。

此外，在菌槽內設有溫度傳感器和濕度傳感器，內層加熱板上也設有同型號的溫度傳感器，在菌槽上部設有液位報警傳感器，這些傳感器的信號傳送到PLC控制器，由控制器處理并實時實施控制。

3、平衡箱

由于使用不當中，可能導致菌槽內進入大量的水，為此本設備還設置有平衡箱與菌槽連接。當菌槽內水位過高時，液位報警傳感器將報警信號傳至PLC控制器發出報警信號，并及時開啟應急排放球閥通過溢流管將多余的水份排入平衡箱。

平衡箱上部有排氣孔連接菌槽，并設置液位啟動裝置，使進入的水到達液位時自動啟動加溫開關，經過超聲波霧化為氣體補充給菌槽內的菌料，起到保濕和水份平衡作用。通過菌槽外壁的電加熱裝置加熱，降解后產生物質以氣體形態經排氣管排出。同時這些微生物把生活污水作為自身的營養物質，不斷的傳代繁殖以維持設備的長期有效工作。

4、電源和PLC控制系統

設備電源由開關電源和電源切換器組成，采用交流220V和直流24V供電，功率300W，船舶220V交流電輸入開關電源再經由電源切換器24V直流電輸出至各用電設備。當船舶220V交流供電中斷時，可切換由船舶24V應急電源向本設備供電。本設備電源為加熱板、各驅動電機、PLC控制系統提供24V直流電力支持。

PLC控制系統由PLC控制器、溫度傳感器（兩套）、濕度傳感器、液位報警傳感器及各電機、閥門操控的執行元器件組成。PLC控制系統與設備電源安裝在同一個控制箱內，溫度傳感器、濕度傳感器、液位報警傳感器安置在菌槽的適當位置?？刂葡涿姘迳显O有觸摸屏，以實時顯示本設備運行過程中的各種技術參數并實施操控。

5、排氣系統

菌槽內的生活污水經過菌料中的微生物分解處理后產生的二氧化碳、水汽、氨氣通過排氣管系排出。排氣管系自菌槽上蓋板出氣孔經90度彎頭接出，由排風扇抽吸經由管系排入大氣。管系中設有兩臺串連布置的軸流排氣扇（其中一臺工作另一臺備用），以進一步提高本設備運行的可靠性。

為減小排出氣體的異味，在排氣管末端設置有“ACCUV過濾殺毒裝置”，排氣管出口配置U形彎頭，出風口安裝有防火帽。

應用展望

通過上述，不難發現該裝置還存在一定程度上使用功率較高的情況，這一點不符合內河船一般停泊后關閉發電機的做法。即便在夏季，因環境溫度較高，加熱器使用較少，但是單靠電瓶供電，很難維持該設備長時間300W的使用功率。

這個情況在現有生活污水處理裝置中或多或少也是存在的，這是由于內河船停泊后一旦關閉發電機，生活污水處理裝置保持連續不斷給風機供電便成為了一種不可能。在缺少風機持續供電的情況下，現有生活污水處理裝置中的好氧菌群將面臨“集體死亡”的風險，進而導致后續生活污水因好氧菌群缺失而得不到有效處置，容易造成船舶生活污水的超標排放的局面。

為此，筆者建議考慮為該設備額外配置太陽能或風能結合的儲能裝置，同時考慮將菌槽安裝到機艙以利用環境溫度對其保溫以節省功率。

結合該設備占地面積相對較小的實際，筆者認為該設備在拖輪、長期在某一水域工作的公務船只這類的港作船有廣闊的應用市場，針對內河船，在滿足型式認可的基礎上，產品驗證合格后可以起到代替現有生活污水處理裝置的作用，替代后可實現生活污水在船的零排放。