船舶含油污水處理及系統(tǒng)優(yōu)化研究

朱發(fā)新，溫小飛，盧金樹，王偉軍，袁 強，張志斌

（浙江海洋學院海運學院，浙江舟山 316004）

船舶含油污水主要包括船舶正常操作過程中產(chǎn)生的含油壓載水、含油洗艙水和機艙水，具體為燃料、油類、液壓油、清潔劑和含水膜、發(fā)泡劑、油漆和溶劑等[1-5]。

為控制船舶污水對水域的污染，國際海事組織首先在立法上采取了一系列措施。從1954年起，多次制定和修改防止船舶造成海洋污染的公約、規(guī)則、協(xié)議和建議等。20世紀70年代頒布了《MARPOL73/78公約》。1992年，國際海事組織通過了MEPC.60（33）決議及其批準的《船舶機艙艙底水防污染設備導則和技術(shù)條件》。2003年，更高標準的MEPC.107（49）決議通過，從2005年開始正式實施。目前油污水的排放指標仍為小于15 mg/L，但部分國家已提出了小于5 mg/L的新要求。2012年，STCW公約馬尼拉修正案的實施，含油污水的排放限制將更嚴格，排放標準更高[2-6]。

1 船舶含油污水處理方法及裝置

船舶上含油污水的處理方法一般有兩種，具體如下：

一是船上集中存儲，再排向接收船，或排向港口碼頭接受設備[3]。

二是船上集中存儲，利用含油污水處理裝置進行油和水的分離，分離后含油量小于15 mg/L的污水直接排出舷外，分離出來的油則排入污油艙，最后經(jīng)過船舶焚燒爐處理。

1.1 船舶含油污水處理方法

目前，船舶油污水處理的目的是將污水中的污油雜物分離出來。其處理特點是通過各種方式將油從水中分離出來，但不改變油的化學性質(zhì)。處理的方法很多，歸納如下：

1）物理方法：重力分離法、浮選分離法、過濾分離法、吸附分離法、超濾法及反滲透法等；

2）化學方法：凝聚法、電凝聚法等；

3）生物處理方法：活性污泥法、生物濾池法等。

上浮油、分散油可以采用重力法、離心法和過濾法分離，乳化油采用加壓、溶氣氣浮法，化學凝聚法、吸附法、超濾法及粗?；ㄟM行分離。

由于船舶條件所限，目前在船用油水分離器中采用最多的方法就是物理分離法，而物理分離法中又以重力分離、聚結(jié)分離、過濾分離和吸附分離為主。

1.2 油水分離裝置

我國的油水分離裝置（或油水分離器）大多數(shù)是根據(jù)Stocks公式為基本工作原理，利用燃油、滑油與水及其他雜質(zhì)(鐵銹、漆皮等)的密度差對油水進行重力分離,代表裝置為獲得國際金獎的YSCZ型油污水分離裝置[1]。

近年來，為滿足新決議的要求，國內(nèi)開發(fā)了許多新型油水分離裝置，這些裝置在原處理系統(tǒng)的后階段加裝了深化處理工藝，深化處理工藝主要是膜分離技術(shù)，這些新型油水分離裝置可以完全代替YSCZ型油污水分離裝置，并能滿足MEPC.107（49）決議要求[7]。

2 目前含油污水處理工作中存在的問題

2.1 油水分離器工作負荷過高

艙底水中的含油量通常為7 000～10 000 mg/L，有時更高達50 000 mg/L；油艙的壓載水含油量一般為3 000 mg/L，洗艙水的含油量一般為10 000～15 000 pmg/L，可見船舶艙底水、壓載水、洗艙水中的污油含量相當可觀，并且含油污水總量也非常多。據(jù)統(tǒng)計，普通船舶每年產(chǎn)生的含油污水相當于其船舶總噸位的30%左右[8]。

按照MARPOL73/78公約，含油污水都必須要經(jīng)過油水分離器來處理，造成油水分離器工作負荷過高，導致油水分離器容易出現(xiàn)故障及維護保養(yǎng)工作量過多。

2.2 油水分離器的維護保養(yǎng)工作量過多

在操作油水分離器前，輪機員應仔細閱讀其使用說明書，了解其工作原理、運行及維護保養(yǎng)要求。正常的維護保養(yǎng)工作包括如下：

1）起動前的管理 首次使用或清洗后投入使用時應先注滿清水，以利于洗掉可能粘附的油污和雜質(zhì)，避免含油污水對分離器的污染。注水時，應打開頂部的放空氣閥、上排污閥和高位檢驗旋塞，以驅(qū)逐分離器中的空氣，直至水從這些閥中流出時將其關閉并停止注水。

起動污水泵前應先打開舷外排出閥，檢查自動排油裝置和應急操縱手輪是否處于正常位置。如有氣動裝置，應接通氣源。

2）運行中的管理 運行中要注意及時排油、加熱溫度和定期清洗等問題，特別注意避免油水分離器超負荷。如果供水量過大，或排油裝置失控，積油過多，都會降低分離效果，造成污油污染分離器內(nèi)壁。

為保證分離效果，根據(jù)氣候條件和污水中油種的不同，采用加熱的方法提高分離效果，加熱的壓力和溫度都有一定要求，以加速油滴上浮和粘附內(nèi)壁上的污油脫落。設有電加熱器，應該注意其溫度，防止過熱造成故障。

運行中要定期排放集油室中的空氣，防止自動排油裝置因存氣太多而失靈，并注意調(diào)整出水管路上閥的開度，保持分離器內(nèi)具有一定壓力，以利于集油室內(nèi)污油的排出。

長期使用或內(nèi)壁嚴重污染后，應進行沖洗。沖洗時先排出積油，灌入洗滌劑，打開加熱器的蒸汽進出口閥，用蒸汽加熱分離器內(nèi)的污水，以便去除油污，并在加熱溫度達到60～70℃時停止加熱。待油污脫落后，開泵排污，然后重新投入工作。如清洗效果不好，停止工作后可用蒸汽直接吹洗。一般蒸汽清洗每月1次。

分離器的過濾元件或吸附材料容易堵塞，工作一段時間后要進行反向沖洗。失效時要予以更換或補充。

分離器的供水泵一般為螺桿泵或柱塞泵，不能空轉(zhuǎn)，也不允許關閉排出閥運行泵。

當油水分離器工作負荷過大或船員操作不規(guī)范等原因，造成油水分離器的故障更頻繁，維護保養(yǎng)工作將更多。

2.3 含油污水違規(guī)排放現(xiàn)象嚴重

由于油水分離器工作負荷過高及其維護保養(yǎng)工作量過大等原因，部分船舶則把產(chǎn)生的含油污水不經(jīng)過油水分離器分離，而直接排向舷外，造成海洋環(huán)境污染。違規(guī)排放的規(guī)律是：白天不排夜間排，停泊不排航行排，港內(nèi)不排港外排[9]。

部分船員認為油水分離器的使用很麻煩或者不會操作油水分離器，因此從不使用油水分離器。設備保持完好以備檢查，水質(zhì)化驗達標以備簽關。按規(guī)定，使用油水分離器和油類操作均要記錄在《油類記錄簿》中。由于無法監(jiān)控具體操作，部分船舶均按規(guī)定的格式，虛假填寫船舶的含油污水量和設備的相關操作。

3 船舶含油污水處理系統(tǒng)優(yōu)化

為了降低油水分離裝置的工作負荷和減小維護保養(yǎng)的工作量，切實提高船員油水分離工作的積極性，減小含油污水的違規(guī)排放，本文對常規(guī)的船舶含油污水處理系統(tǒng)進行了部分優(yōu)化，增加了含油污水前期處理裝置，前期處理之后的含油污水再通入油水分離器進行油和水的分離。

3.1 船舶含油污水前期處理裝置

含油污水前期處理裝置具體工作原理如圖1所示，艙底水艙中的A為油層，B為油水混合層，C為水層。

該裝置的工作原理為：打開截止閥2），合上電動機7）電源開關，泵浦4）開始工作，從艙底水艙1）中吸入污水，泵浦4）排出的污水通入到油分濃度檢測報警裝置，該裝置中的傳感器感應艙底污水的含油量，含油量小于15 mg/L時，控制箱使控制閥5）打開，控制閥6）關閉，控制閥5）打開時泵浦直接向舷外排出污水。當艙底污水含油量大于15 mg/L時，控制箱使控制閥5）關閉，控制閥6）打開，此時泵浦排出的艙底污水經(jīng)過控制閥6）重新返回到艙底水艙。

該裝置將含油量小于15 mg/L的污水直接排向舷外，因此可以大大減小進入油水分離器的含油污水總量，降低油水分離器的工作負荷，減輕船員油水分離方面的工作量，提高了船員油水分離工作的積極性，減小污染。

圖1 船舶含油污水前期處理裝置工作原理圖Fig.1 Working principle of the oily water separator

圖2 油分濃度報警裝置傳感器的工作原理圖Fig.2 Working principle of the sensor in the oil content alarm plant

3.2 油分濃度檢測報警裝置

還船舶含油污水前期處理裝置使用了油分濃度檢測報警裝置[10]，該報警裝置傳感器的工作原理如圖2所示，具體零部件的名稱及作用如下：

1）為紅外發(fā)光二極管LS1，工作時發(fā)送特定光譜范圍的紅外線，用作測量光源；

2）為光電二極管PD1，當受到光照時產(chǎn)生光伏效應，輸出與光照強度成正比的電流信號；

3）為光電三極管PT1，當基極受到不同程度的光照時，其2根引出線將不同程度的導通；

4）為熱敏電阻，用于對PD1進行溫度補償；

5）為玻璃管，工作時通以工作的艙底水。

如果流過玻璃管的艙底水中含有一定濃度的油分粒子，那么由光源射進水中的光束將產(chǎn)生散射，且散射的強度與油分濃度成正比，這一散射光由PD1接收，并轉(zhuǎn)化成相應的電信號。但是，散射光的強度并非隨著油分濃度的增加而單調(diào)上升，而是在達到某個最大值后逐漸減小。因為油分濃度較大時，油分粒子阻礙了散射光的傳遞，從而使得濃度繼續(xù)增大時，散射光反而減弱。實驗表明，其良好的線性范圍只在30 mg/L以內(nèi)。

隨著油分濃度的增加,與光源相對安裝的PT1所感受到的透射光將呈指數(shù)規(guī)律減弱。其導通程度隨之下降。這一特性正好彌補了散射光強非單調(diào)變化的不足。在含油量小于15 mg/L時用PD1測量油分濃度mg/L值，而在含油量大于15 mg/L時，PD1失去作用，此時利用PT1進行油污報警并將泵浦排出的艙底水重新返回到艙底水艙。

4 結(jié)論

船舶每年產(chǎn)生的含油污水總量非常多，使得油水分離器工作負荷過大、維護保養(yǎng)工作量過多等問題，導致部分船舶不使用油水分離器，直接把含油污水排向舷外。針對這個問題，本文對常規(guī)的船舶含油污水處理系統(tǒng)污進行優(yōu)化，增加了船舶含油污水前期處理裝置。經(jīng)過前期處理后，進入油水分離器的含油污水量將大大降低，切實降低油水分離器工作負荷，減少船員油水分離的維護保養(yǎng)工作量，保護海洋環(huán)境。

[1]白韜光.船舶污水處理技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].上海造船,2006(2)：44-45.

[2]史學本.機艙含油污水的處理和監(jiān)管[J].中國水運:下半月刊,2010(10)：124-125.

[3]朱麗楠,劉 慧,任芝軍,等.船舶污水處理技術(shù)的研究進展[J].中國水運:下半月刊,2010(10)：14-15.

[4]劉 源.船舶污水處理技術(shù)現(xiàn)狀與MBR應用前景展望[J].江蘇船舶,2009,26(1)：21-23.

[5]劉喜元,曾榮輝,吳國凡,等.船舶污水排放面臨的問題及解決措施[J].船舶工程,2007,29(1)：73-75.

[6]劉喜元.船舶污水處理系統(tǒng)的技術(shù)方案[J].中國艦船研究,2006(z1)：54-56.

[7]白韜光.船舶污水處理技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].機電設備,2007(1):26-27.

[8]梁丹亞.漫談船舶污水的處理[J].世界海運,1995(2)：37-40.

[9]李傳昌,屈 波,王學勤,等.船舶污水處理設施運行監(jiān)控系統(tǒng)的應用[J].交通環(huán)保,2000,21（2）:28-30.

[10]林葉錦,王冬捷.OCD-1型油分濃度檢測報警裝置原理分析及管理維修要點[J].世界海運,1997(z1)：47-50.