新型船用生活污水處理裝置的研究

汪留林

摘 要： 工業(yè)污染、城市、大氣、農(nóng)田地表水和船舶污染是江河湖海水質(zhì)污染的幾大源頭，而船舶污染物是其最直接的污染源。當(dāng)前，除長江水域日益受到污染外，大運(yùn)河水域也難以做到污染物“0”排放，而使得南水北調(diào)工程受到較大影響。本文作者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)并加以反思，對新型船用生活污水處理裝置進(jìn)行了深入的探討，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)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(fā)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(yīng)用于內(nèi)河及海上船舶，保障水域環(huán)境的清潔。擬開展的該項(xiàng)研究，還將充分利用柴油機(jī)尾氣的廢棄熱能。

1 船舶污染物及國內(nèi)處理裝置現(xiàn)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(xiàn)在卻面臨船身處理場地狹小、飄泊不定、處理系統(tǒng)的投資、耗能、運(yùn)營成本都不能高。此外，為避免污水污物高溫盛夏產(chǎn)生二惡英等腐臭氣體，危害船員健康，系統(tǒng)必須自動化操作封閉運(yùn)行。由于單船每天的污水污物量不大，需要處理設(shè)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(nèi)現(xiàn)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(shí)船應(yīng)用中處理裝置繁多、過程復(fù)雜、成本高昂。近年來，國內(nèi)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(tǒng)處理方式易產(chǎn)生二次能源消耗，還導(dǎo)致二次污染。

2 研究方案

2.1 研究內(nèi)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(jìn)行綜合處理。

2.2 擬解決的關(guān)鍵問題

通過研究，解決船上產(chǎn)生的污染物不能集中處理的關(guān)鍵問題，同時就該裝置工作時可能造成的大氣污染進(jìn)行分析研究，以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)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(tài)、液態(tài)污染物。該新型處理裝置配備排氣蒸發(fā)裝置和焚燒爐，應(yīng)用成熟的專利技術(shù)，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(jī)廢棄熱能，定時定量將固態(tài)分離物濃縮、焚燒成灰燼，到港后清理上岸；將液態(tài)分離物定時定量泵入灼熱、高壓主輔機(jī)排氣管包圍的烘箱中，分離、蒸發(fā)、高溫氧化排入大氣。最終實(shí)現(xiàn)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(tǒng)，它由混沉罐將洗浴、洗滌、餐廚和經(jīng)過油水分離艙底水的污水，應(yīng)用時間繼電器或計(jì)祘機(jī)控制的間歇投配藥物、間歇混凝沉淀進(jìn)行固液分離，上清液經(jīng)螺桿計(jì)量泵、輸 水嘴壓入烘箱，在灼熱、高壓、脈動、旋轉(zhuǎn)的氣流中，分離、蒸發(fā)、高溫氧化排入大氣。為減輕可能產(chǎn)生的爆燃影響，主輔機(jī)排氣管上設(shè)有膨脹節(jié)，主輔機(jī)排氣管內(nèi)安裝螺旋葉片，主輔機(jī)排氣管上還安裝了垃圾烘干箱。停泊時，依靠輔機(jī)排氣管的排氣蒸發(fā)裝置處理。

糞便污水和混沉罐 圓錐底內(nèi)的污泥匯入螺桿計(jì)量泵桶內(nèi)，桶壁上有小孔，污泥和糞便污水在螺桿的擠壓下進(jìn)一步濃縮，由于螺桿的持續(xù)運(yùn)動，小孔也不會堵塞，污泥糞便濃渣經(jīng)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(jié)，在其外圍設(shè)置了冷卻水套，污泥糞便落入轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤爐柵上，刮板的尖部迎著轉(zhuǎn)盤爐柵旋轉(zhuǎn)的方向略呈勾形，貼著轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fēng)嘴出口方向與焚燒爐圓周內(nèi)壁相切，并正對受風(fēng)板的高度中間，這樣，排風(fēng)嘴就能為焚燒爐供氧和為轉(zhuǎn)盤爐柵提供轉(zhuǎn)動的動能。風(fēng)機(jī)的抽吸也使垃圾烘干箱、螺桿計(jì)量泵內(nèi)形成負(fù)壓，不使有害氣體從機(jī)體逸出，從而污染船員的生活、工作環(huán)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(jì)量泵；9輸水嘴；10主機(jī)排氣管；11膨脹節(jié)；12垃圾烘干箱；13污泥糞便罐；14糞便污水管；10計(jì)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(zhuǎn)盤爐柵：25中心軸；26受風(fēng)板；27風(fēng)機(jī)；28排風(fēng)嘴；29除塵器；30排氣蒸發(fā)裝置；31濾液管.

4 尾氣利用研究

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

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，柴油機(jī)排出的尾氣溫度至少為300℃以上（有些情況下可達(dá)500℃以上）。本研究的目的就是開發(fā)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(yīng)用于內(nèi)河及海上船舶，保障水域環(huán)境的清潔，定時定量將固態(tài)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(dá)到800℃以上，單用電熱棒加熱將耗費(fèi)很大功率。有了300℃以上尾氣的基礎(chǔ)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(wěn)定的親脂性固體化合物，難溶于水，可溶于大部分有機(jī)溶劑，所以二惡英類容易在生物體內(nèi)積累。其熔點(diǎn)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(jié)構(gòu)影響較小，難以自然降解。

目前，關(guān)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(dá)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(rèn)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(nèi)污染物烘干后產(chǎn)生的廢臭氣體，由風(fēng)機(jī)抽吸經(jīng)排風(fēng)嘴送進(jìn)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(jié)束語

開發(fā)一種新型節(jié)能減排的、節(jié)能減排的、更符合船舶實(shí)際航行狀況及海事監(jiān)管要求的內(nèi)河船舶生活污水處理裝置迫在眉睫。內(nèi)河水域污染防治是我國的一項(xiàng)重要國策，也是堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀，大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的一項(xiàng)重大舉措。扎實(shí)做好內(nèi)河船舶生活污水處理裝置研究，就是為實(shí)現(xiàn)航運(yùn)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，也是為建設(shè)長江水系以及南水北調(diào)東線京杭運(yùn)河蘇北段“清水廊道”作出貢獻(xiàn)。