船舶生物降解型生態廁所應用研究

周巍，黃振克

（上海市港航事業發展中心，上海 200000）

0 引言

隨著我國航運業和海洋開發的大力發展，海洋環境的污染也越來越嚴重，其中船舶在航運過程中產生的生活污水對通航水域構成了較為嚴重的流動性污染源，保護海洋環境是人類實現可持續發展的重要基礎，也是我國必須長期堅持的基本國策。國家通過發布相關法律、法規嚴控船舶生活污水處理和排放，而重要港口、水域、水源保護地等則要求生活污水零排放。安裝船舶生活污水處理設備是保障通航水域清潔的有效手段，但是現有設備大部分無法同時兼顧污水處理和零排放要求。本文旨在引進陸地上使用較為成熟的生物降解型生態廁所，通過改進，完善在船舶上使用的匹配性，滿足污水處理和零排放同時兼顧的要求。

1 防止船舶生活污水污染相關措施

1.1 船舶技術法規對防止生活污水污染要求

國際海事組織（IMO）于2004年4月1日通過《MARPOL73/78公約》附則IV《防止船舶生活污水污染規則》，并于2005年8月1日生效；IMO.MEPC于1976年頒布 MEPC 2（VI）決議，規定了其性能試驗準則和排放標準； 2006 年頒布MEPC 159（55）決議，從嚴約定排放標準，2010 年1月1日生效；2012年頒布MEPC 227（64） 決議，補充試驗用原水稀釋規定，增加客船的總氮及總磷排放要求，于 2016 年1月1日生效。

我國于2006年10月8日加入《MARPOL73/78公約》附則IV，該附則于2007年2月2日起對我國生效。隨著國際公約、決議、規則的變化，國家也發布船舶相關條例、法規、規范保護水域環境，制定和更新船舶技術法規嚴控和規范生活污水處理和排放。對于重要港口、水源保護地等，地方政府出臺文件要求過往船舶生活污水零排放。

國內航行海船從2009年起要求安裝生活污水處理裝置，排放要求從滿足最初的國際公約至最新的決議內容，日趨嚴格。但這些生活污水處理設備大部分無法滿足我國特殊水域零排放要求，且依據規范海船允許設置舷外應急排放口，途徑長江、內河航道以及零排放區域，存在生活污水偷排或不滿足要求排放現象。

對于內河船舶，2008年以前規范對生活污水排放無強制要求，通航水域污染比較嚴重。2008年起規范要求400總噸以上新造船舶安裝生活污水處理設備，但允許設有舷外排出閥[1]。在監管不到位的情況下，大多數船舶生活污水直排舷外，依舊造成水域污染。2019年規范要求取消舷外排出閥[2]。但對于零排放區域，現有設備能夠滿足要求不多見。

1.2 防止船舶生活污水污染處理方式

1.2.1 儲存柜（艙）

儲存柜（艙）是指把生活污水收集到儲存柜里，定期由岸上接收或者其他船舶回收處理。該處理方式能夠滿足零排放要求，但儲存柜相對于船舶機艙空間而言，一般容積較大，部分船舶放置困難，內河船舶用的比較多。

1.2.2 船用生活污水處理裝置

船用生活污水處理裝置是指對生活污水通過生化、物化等手段降低污水中的大腸菌群、懸浮固體和生化需氧量等指標，達到排放標準和排放條件后排往水域。該處理方式基本不能滿足零排放要求，現行法規下需搭配儲存柜使用才能較好地滿足零排放要求。

1.2.3 船用生活污水處理+回收利用裝置

該設備主要是對生活污水進行預處理后，對不同的排放物進行回收利用，如用于加熱，或者經過高溫粉化后，用于澆花施肥等。這種設備一般是根據船舶需要特殊定制，價格較為昂貴，不適合推廣。

1.4 臨床轉歸分析 所有患者均接受冠脈介入治療和目前指南推薦的藥物治療。記錄并比較3組患者住院后1個月內的重要臨床事件，包括住院時間、住院期間心臟機械性并發癥、因出現急性心肌缺血或心功能不全再次入院、死亡、消化道出血以及新發現腫瘤情況。

其他還有打包收集方式，適用于可供安裝容積不大的船舶如游艇等。綜上所述，比較理想的是安裝生活污水處理裝置，同時配置存儲柜。能夠同時滿足污水處理以及零排放要求。但是生活污水處理裝置外形體積較大，再加儲存柜，機艙活動空間縮小，甚至部分船舶還不能同時安裝兩個設備。

1.3 生態廁所的應用研究

生態廁所是基于糞便無害化處理、資源循環利用的理念上發展起來的新型環保廁所[3]，具有節水節能，生態環保，占地面積小的特點，在高速公路、景區等應用廣泛[4]。上海堯舜公司經過多年研發，設計生產出適用于船舶應用環境的生物降解型生態廁所（以下簡稱生態廁所），該生態廁所利用微生物的降解功能，能夠對糞便生化處理，并能實現自身繁殖；外形體積小，安裝方便，且不產生廢水排放，能滿足通航水域零排放要求。

本文研究了生物降解型生態廁所在船舶上的適用性和推廣價值。

2 生物降解型生態廁所設計思路

2.1 工作原理分析

該生態廁所工作原理是利用高效復合無害微生物菌種的生化反應，即菌種和生活污水充分接觸，在一定的溫度和通風（吸收氧氣）下，微生物菌種釋放具有降解功能的高蛋白酶，將大分子有機物降解為糖、脂肪酸和氨基酸等有利于自身吸收的小分子有機物，最終代謝出水、氣體和生物熱能，含有大量好氧微生物的活性填料可將糞尿中的異味吸收轉化，最終將產生的廢水、廢氣做無毒害氣體處理排出；而分解產生的有機質、N、P、K和微量元素組成的殘渣物可累積一至兩年由岸上接收處理或堆肥）[5]。

通過菌種對生活污水完全降解、吸收、轉化，完成自身繁殖等一系列生化反應，實現對糞尿的分解、脫臭和凈化處理，整個過程無污水直排舷外，可以實現通航水域零排放要求。

2.2 功能設計

本產品主要由坐便系統、轉閥系統、菌槽系統、排氣系統、平衡箱等組成。坐便系統和轉閥系統將糞便導入菌槽系統，菌槽系統內的攪拌裝置將大、小便與填料充分接觸，方便微生物菌種進行生化反應。平衡箱可以將清洗馬桶壁多余的水和管路中冷凝的水經過活性炭過濾后霧化成水汽。菌槽外壁設置有加溫板，對降解后部分產物加熱至氣態。排氣系統將產生的氣體做無毒害處理排放。工作流程見圖1。

圖1 生物降解型生態廁所工作流程

2.3 微生物菌料選擇

通過對自然土壤取樣，菌種分離，進行COD降解率等菌種性能測試，篩選出具有高效降解能力的菌種，主要由枯草芽孢桿菌、協臥青霉菌、米根霉菌、肉色擲孢酵母、平常漢遜酵母、鏈霉菌等組成，并接入液體菌種培養基進行培養，形成符合要求的專用復合菌料。最后對復合菌料進行固體菌劑制備，利于保存，再次使用活化即可。

2.4 菌槽設計

菌槽系統主要包括菌槽、攪拌器、風機、溫度和濕度控制裝置等。

菌槽內設有合適的填料-木片或其它木質纖維材料，該載體具有適合微生物棲息的構造，空隙率大、生物附著性強、穩定性好、不易堵塞，有利于菌種工作、生存和繁殖。攪拌器可將菌種和糞便充分接觸，其他裝置能夠保障合適的氧氣、溫度、濕度，為微生物菌種生化反應創造合適環境。

2.5 其他系統設計

尾氣排放系統： 菌槽內大、小便經過菌料中的微生物分解處理后產生的二氧化碳、氨氣通過“ACCUV過濾殺毒裝置”排入大氣。

PLC智能控制系統：可以監測生態廁所的運行參數，控制生態廁所的工作狀態。

3 生態廁所應用效果分析

選取TS20型號生態廁所，開展為期一年的試驗，證明設備可以每天處理8kg的生活污水，且無廢水排放，僅產生無毒害廢氣排放，填料殘渣中無病原微生物，岸上處理不產生二次污染。填料殘渣中pH值、總氮、COD、NH3-N、耐熱大腸菌群數均符合要求。見圖2。

圖2 TS20生態廁所

選取菌槽生物填料，采用液體培養基富集培養后，從中分離得到各種類型微生物共7株，采用16S rDNA（細菌）和ITS（真菌）進行分子鑒定，明確微生物種類有：枯草芽孢桿菌、米根霉、斜臥青霉、肉色擲孢酵母、異常漢遜酵母、鏈霉菌，未發現病原微生物。

4 船舶生物降解型生態廁所應用難點

4.1 復合菌種活性不能保障

復合菌種生存條件比較苛刻，需要合適的溫度、糞便量、含水量、含氧量等。一旦部分條件不滿足，菌種會失去活性甚至死亡。當船員發現廁所內有大量異味時，菌種已經處于失效狀態，生態廁所基本上無法繼續使用，除非更換菌種。

4.2 生態廁所暫未申請船用產品證書

生物降解型生態廁所作為新型的生活污水處理設備，缺乏量化指標，設備維保較復雜，設備應急預案缺少；檢驗依據和檢測手段不足，申請船用產品型式認可和船用產品檢驗存在難點。

5 結語

生物降解型生態廁所具有外形體積小，易安裝，維保少，長期使用經濟效益顯著；設備僅有無毒害氣體排放，對航行水域不產生污水排放，達到零排放要求。

考慮到生態廁所可能出現微生物活性失效或者其他無法工作狀態，可配合小容積的儲存柜應急使用，指導船員更換復合菌種等措施。通過采取必要的改進措施，使之完全符合船舶應用場景，成為具有推廣價值的新型船用生活污水處理設備。