船舶生活污水處理裝置維修改造

劉 林，王 斌，蔣軼俊

（1. 中海油田服務股份有限公司，天津 300459；2. 上海船舶設備研究所，上海 200031）

0 引言

我國于2016 年取消了國家海洋局，現由船舶防污染設備的管理由海事局、自然資源部以及國家環境局共同管理。在“綠水青山就是金山銀山”的今天，國家執法部門對海洋及內河水域環境保護日益重視，因此針對現有船舶的升級改造、滿足現行的法律法規要求迫在眉睫。2018 年7 月1日《船舶水污染排放控制標準》生效實施，其中船舶生活污水的排放標準高于現有法規、國際防止船舶造成污染（International Convention for the Prevention of Pollution from Ships， MARPOL）公約且該標準具有強制性、對現有船具有追溯性。為了滿足標準，生活污水處理裝置及其處理工藝的升級勢在必行。2020 年12 月中國船舶集團第七〇四所完成了“海洋石油708”生活污水處理裝置維修改造項目，改造后裝置已經正式投入使用，目前裝置運行良好，出水水質穩定?！昂Ｑ笫?08”生活污水處理裝置的維修改造項目的成功為后續升級改造提供了新的思路。

1 現有裝置存在的問題

經調研，現有船用生活污水處理裝置（簡稱“裝置”）主要存在以下幾方面問題：

1）船舶人員數量變化大，裝置水力負荷、有機負荷變化大。

多數施工船在施工作業期間，在船人員數量大幅增加，廁所使用高峰期時短時間內會有大量黑水涌入處理裝置，水力負荷、有機負荷急劇變化。這對傳統生化法處理裝置瞬時沖擊過大，裝置內活性污泥可能隨著污水直接排出裝置，裝置處理能力大幅降低，出水水質難以滿足排放要求。

2）船舶艙室空間有限，升級改造難度高。

船舶艙室空間“寸土寸金”，裝置升級改造大多需要占用更多的空間，多數情況下艙室無法滿足改造的要求，只能采用更好的工藝或采用模塊化的方式合理利用船艙空間。

3）缺少維護，柜體、組件銹蝕嚴重，基本喪失污水處理功能。

裝置在長期使用過程中未定期維護，如更換組件易損件、更換柜體防腐蝕電極，導致裝置整體無法正常運行；船員在裝置運行過程中過量使用潔廁靈等腐蝕性較強的清潔劑，導致柜體板材銹蝕嚴重，內部透水、短流，裝置失去基本功能。

4）舊裝置處理工藝難以滿足現行標準要求。

隨著《船舶水污染排放控制標準》的頒布實施，在生活污水排放控制方面，增加了pH 值、CODCr、總余氯、總氮、氨氮和總磷等6 項指標，收嚴了生活污水中BOD5、懸浮物和耐熱大腸菌群數的排放限值。面臨如此嚴格的排放標準的要求，目前裝船的大部分僅有生化處理工藝的裝置無法滿足排放標準的要求，升級改造勢在必行。

5）培菌難度高，活性污泥易流失。

船員缺少生化法生活污水處理裝置運行的基本知識，在裝置培菌階段常感到困惑，無法通過簡單的調節順利培養出活性污泥；在某些可直排的水域，船員會將裝置內污水全部排空，使得內部活性污泥大量流失，培菌工作要重新開始。

2 裝置維修改造方案介紹

2.1 模塊化分割設計

現場完成勘驗后，根據進艙路線中最小的尺寸重新設計裝置，將不同柜體分割成可搬運進艙的模塊，運輸至船上后現場拼接安裝。若原船有黑水艙或可利用空間，可以改造黑灰水艙或增設污水罐，作為生活污水處理裝置緩沖罐及水解罐通過轉駁泵向裝置內定期轉駁，極大降低裝置的水力負荷，且水解后的污水更容易進行深度處理。

2.2 生化柜增加活性填料

在現有生化柜處理工藝的基礎上，不做大幅度改變，通過內部增加懸浮式活性填料將污水處理裝置改造成移動床生物膜反應器（Moving-Bed Biofilm Reactor，MBBR）處理工藝。相對于膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor，MBR）而言，MBBR 處理工藝主要優勢為：（1）無需定期反沖洗，無需載體流化，填料不易堵塞且曝氣器的更換簡單；（2）可抗沖擊負荷，污泥產量較少，污泥齡長。其主要原理是利用污水連續流過反應器填料載體后，在載體上形成生物膜，微生物在生物膜上大量繁殖生長的同時降解污水中的有機污染物，從而起到凈化污水的作用[1]。順序為：污水→調節柜→一級生化處理柜（MBBR）→沉淀柜→二級生化處理柜（MBBR）→膜組件→排放。

2.3 柜體采用不銹鋼材質，加強防腐蝕設計

維修改造的柜體、管道可根據用戶要求采用304 不銹鋼、316 不銹鋼材質或其他耐腐蝕材質，柜體內部根據不用鋼材特點涂防腐油漆，每個獨立的柜體均設有防腐蝕電極（定期更換），長期使用可最大程度降低裝置柜體銹蝕的風險。

3 生活污水處理裝置改造特點

1）安裝周期短，不影響船舶作業

現場維修勘驗完成后，根據進艙最小體積進行模塊化定制，無需開艙、切割等復雜操作，可利用船舶靠港小修期間完成維修、改造升級。以“海洋石油708”為例，舊裝置在2～3 天完成拆解離船，維修裝置運輸至船上后，經過搬運、定位、接管、進水和調試等環節，4～5 天即可完成所有改造工作，整個維修時間可以控制在1 周。

2）生化性能大幅提高，培菌操作簡單，無活性污泥流失風險

一般活性污泥法的生物量為3 g/L～5 g/L，生物膜法的生物量為10 g/L～20 g/L，生物流化床的生物量可達15 g/L～40 g/L[2]。在裝置現有MBR膜生化處理工藝流程中引入移動床生物膜反應器處理技術，其主要優勢包括：（1）在同一個工藝系統中的同時完成硝化、反硝化作用，即將主要發生在懸浮填料生物膜上的硝化過程和發生在活性污泥混合液中的BOD 去除過程、反硝化過程組合起來；（2）從懸浮填料表面脫落的生物膜進入活性污泥混合液中，自動產生硝化污泥接種作用，提高了系統的抗沖擊負荷能力，使硝化作用得以延續。長期運行時船員在可直排區域可有計劃的依次將裝置不同柜體內污水排空，得益于懸浮填料保留了大部分活性微生物，裝置在重新進水后可迅速進入生化階段，無需重新培菌。改造前后的污泥指數（sludge index，SVI）顯示，改造后污泥沉降性能大幅提高，污泥膨脹現象基本消失[3]。

3）可滿足最新排放標準要求，出水水質穩定

經MBBR 升級改造后，能夠有效提高對難降解有機物的去除效果。經過實船長期取樣檢測分析化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）去除率，分析顯示平均去除率提高了40%，而且根據船東要求將生活污水處理裝置可改造成具有脫氮除磷工藝的裝置。

4）因“船”而異，根據每船實際情況定制

裝置改造的處理方案，處理工藝可根據該船排放標準的要求、實船改造空間等條件定制，滿足船東不同層次的要求。在改造時合理利用船上黑水艙等空間增設緩沖柜（水解柜），為裝置的深度處理、達標排放創造條件。

4 裝置改造中注意的問題

1）使用成熟MBBR 填料、投加填料填充率

結合船舶生活污水處理裝置的特點，建議使用HDPE 材料制成的懸浮填料，本次改造使用的懸浮填料為空心圓薄片，其直徑為25 mm、厚度約為5 mm，填料密度為940 kg·m3～970 kg·m3，比表面積大于600 m2/m3，可以根據原污水類型的不同選取不同規格的填料。改造的生活污水處理裝置中填料的投加比例約為35%，不宜過高。

2）合適的曝氣量

改造的裝置投入使用后，前幾日污水剛進入裝置，裝置內有機負荷較低，曝氣量應調節到使填料剛好完全流化即可，否則會導致溶解氧含量過大。培菌前期懸浮填料上生長的生物膜很薄，填料密度小于水的密度，使其流化需要能耗較大，且污水的溶解氧含量容易過高。隨著船舶黑、灰水不斷導入裝置，懸浮填料上生物膜變厚，填料密度基本等于污水的密度，此時使填料完全流化更簡單，耗能更少且更方便控制溶解氧濃度[4]。整個培菌過程中，應每日觀察懸浮填料的流態，通過測定污水溶解氧不斷調整曝氣量，保證水中的溶解氧控制在2 mg/L～4 mg/L，為多型微生物提供最佳的生化處理環境。

3）柜體進出水口增加篩網

進出口篩網將生物填料保留在生化柜中，篩網的孔徑根據填料的尺寸制定，應確保懸浮填料無法逃逸出生化柜體。裝置柜體

5 結論

“海洋石油708”的維修改造實踐證明，基于MBR+MBBR 的核心技術，能夠滿足面向現有船舶生活污水處理裝置升級改造的要求，提供更經濟、便捷、有效的污水處理升級改造方案。

裝置改造兼顧了膜生物反應器（MBR）和移動床膜生物反應器（MBBR）的優點，集兩者之長，選用的懸浮填料生物親和性強，吸附性能高，處理污水質量高，改造成本低，可在不改變原污水處理系統的體積的前提下，提高污水處理效率，抗沖擊能力和處理深度，方便船員使用和維護。根據船上現有條件和使用習慣，充分利用空間制定最適合的升級改造方案，是現有船舶生活污水處理裝置滿足現行法律法規的必經之路。