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1、,第4讲 船舶生活污水处理技术海洋在人类社会发展史中占重要的地位。海洋资源极为丰富，也为大量运输货物和人员提供便利。随着工业技术的极大发展和人口的快速增长，世界上商船总吨位和尺度也不断增加。在船舶营运过程中，不可避免地会对海洋的环境造成污染。在船舶对海洋污染的各方面里，油污染无疑是最严重的，也最受人们的重视。船舶生活污水污染不像原油污染那么直观，因此常常被人们忽视。其实，连续不断的生活污水污染对海洋环境已经造成了一定的危害。船舶生活污水流入海洋，会破坏海水的自然净化过程，严重时会导致海水富营养化。破坏了海水生物群的组成，水中的溶解氧减少，影响了鱼类的生存。日本的濑户内海就是因为海水受生活污水污
2、染导致富化营养，造成1/3的海域完全没有生物生存，被称为“死亡的水域”。,水中的溶解氧消失时，水中的厌氧细菌繁殖起来，分解出甲烷和硫化氢等有毒气体，使水质恶臭，不仅影响水生物的生存，而且影响附近居民的身体健康。因此要对船舶生活污水进行处理，减少船舶生活污水对海洋环境的污染。保护环境一靠法规、二靠技术、三靠人们的自觉性（意识）。生活污水污染的法规已经制定，MARPOL73/78公约附则便是防止生活水污染的规则。现在的生活污水处理方法和技术已经成熟。随着人们素质的提高，对环境保护也有很深的认识。本节从技术的角度，通过对比，得出了活性污泥法是船舶生活污水处理的一种好方法。并介绍了活性污泥法的类型，技
3、术要素。一、船舶生活污水的来源和危害,1、船舶生活污水的来源船舶生活污水主要是指人和动物的粪便水，包括小便池、抽水马桶等排出的污水和废物；公共厕所的排出孔排出的污水；从饲养动物的舱内排出的污水；从医务室、病房的面盆、洗澡盆和这些处所排出孔排出的污水和废物；以及与上述废液相混合的日常生活用水（包括洗舱水、洗澡水、洗衣水、厨房洗涤水等）。2、船舶生活污水的危害未经处理的船舶生活污水主要含有以下五种成份：1）使海洋生物和人感染的大量细菌、寄生虫、甚至病毒2）对水中的氧气有很高生化需要的、溶解于水中的有机成分和悬浮成分。3）本身生化衰变是要消耗氧气的、沉淀于海底的、有机物或无机物的固体微粒。4）对海滨
4、浴场有严重影响的、呈单个小碎块或悬胶体状的浮在水面的浮游微粒。,5）使吸收某些物质（主要是磷化物和氮化物）的海水饱和，并可能造成富营养化、高浓度的营养物质。二、排放法规与标准为了防止船舶生活污水污染，国际海事组织在其“MARPOL73/78公约”附则中确定了防止船舶生活污水污染规则。该规则适用于200总吨以上的新船；少于200总吨但许可载运10人以上的新船；未经丈量总吨但核定许可载运10人以上的新船。现有的船舶，自本附则生效10年以后适用。根据的规定,禁止将未处理的船舶生活污水排入规定不能排放的水域，如要排放，必须符合下述条件：,1）船舶在距最近陆地4n mile以外，使用经主管机关认可的设备
5、，排放经过粉碎和消毒的符合国际公约标准的生活污水，或在最近陆地12mile以外，排放未经粉碎和消毒的生活污水，但不论哪种情况，不得将集污舱柜中储存的生活污水瞬间倾倒排放，而应在航行途中，船速不少于4n mile时以中等速率进行排放。2）船上备有经主管机关认可的生活污水处理装置在运转，同时排出的污水在其周围的水域中不产生可见的漂浮固体，也不使周围的水域变色。3）如船舶在某一国家所管辖的水域内，按照该国可能实施的稍高的要求排放生活污水。我国船舶排放的生活污水最高容许排放浓度标准如表1所示。,表1:船舶生活污水最高容许排放浓度 排放区域 项目 内河 沿海（距最近陆地）4n mile以内 4n 12m
6、ile 生化需氧量（5天，mg/L）50 50 悬 浮 物（mg/L）150 150 无明显悬浮物固体大肠菌群(个/100ml)250 250 1000,三、船舶生活污水的处理方法比较分析 船舶生活污水处理方法可分为：有排出型和无排出型两大类，它们各自的优缺点。1、无排出型处理方法 1）简单储存方式（1）优点：结构简单，操作管理容易，对环境几乎无任何危害。（2）缺点：它的存储舱、柜的容积大，造成船舶装载有效容积减少，需大量投药，过驳污水增加了停港抛锚的时间，降低了营运效率，污水驳至岸上处理，增加了费用。2）再循环处理方式 它利用与粪便比重不同的冲洗液冲洗厕所，粪便和冲洗液的混合液送入重力式分离
7、装置，由于比重不同二者分离，被分离出的冲洗液再循环使用，而粪便则投入焚烧炉烧掉。,这种处理方式运转费用高，需要有储存特殊冲洗液的储存设备。另外还要设置一套海水或淡水清洗系统，以备装置发生故障时使用。（1）优点：该处理方式排泄水的液体可以循环利用，固体进行焚烧处理。（2）缺点：投药量较大，需要滤器和杀毒容器，还需要设置储存污水、供给药剂和处理污泥的设备。2、有排出型处理方法（活性污泥、生物膜）1）生物学处理方式利用微生物的作用，使污水中的有机污染物转变为无害的物质。船舶主要用活性污泥法，即利用各种各样的好氧微生物（细菌、真菌、原生物等），以污水中有机污染物为食物，在有氧的条件下使污染性有机物质氧
8、化分解，再经凝集吸附、沉淀等作用将不稳定的需要耗氧的物质转化为不再耗氧的物质，最终转化为二氧化碳和水，从而使污水得到净化。,该种装置的特点是，需要连续不断的向曝气池中的污水内吹入空气，否则微生物就会死亡，装置失去净化作用。活性污泥法净化效果高，臭气味小，装置体积小，但剩余污泥量大，对水质、水量变动比较敏感，缓冲性能弱，不能去除难分解的物质。装置结构简单，净化效果好、药剂用量少、成本低；培菌需一定时间，对水体适应性不太好、体积较大。2）物理、化学处理方法 物化法净化污水机理是利用具有絮凝作用的化学剂在污水中产生的絮凝胶团吸附污水中有机悬浮物质，并使其从污水中沉淀分离出来，同时污水中的大肠菌群被化
9、学药剂杀死，污水得到净化。因此絮凝剂的性质直接影响污水净化质量。（1）优点：装置体积小，使用灵活，对污水的变化适应性较好。（2）缺点：使用药量大，运行成本高。,3）蒸发式处理 该方式是将污水送入蒸发器中加热，使水分蒸发再经冷凝后排出舷外，或者排入循环柜再循环使用，浓缩的污泥由焚烧炉烧掉，或者直接排出舷外。这种方式容易产生恶臭气，运转费用高，由于高温设备容易腐蚀，因此在船舶上用的不多。尽管活性污泥法有培菌时间较长、对污水负荷变化适应性不好的缺点。但是它的优点更突出：装置结构简单，药剂用量少、成本低，处理后的水质好，各项指标都能达到排放标准要求。例如我国南京绿洲机器厂引进英国哈姆沃希公司生产的ST
10、型船用污水处理装置（一种活性污泥法处理装置），其主要技术指标如下：生化需氧量（BOD5）40mg/l悬浮固体量（SS）40mg/l大肠杆菌数200个/100ml,四、活性污泥法 1、活性污泥的概念 1）活性污泥的由来：1912年英国人克拉克和盖奇发现对污水长时间曝气会产生污泥，同时水质会得到改善。继而Arden和Lockett对这一现象进行研究，发现瓶底留下污泥处理效果会变好，他们称之为活性污泥，随后他们每天结束把曝气后的污水沉淀，只倒上层净化水，第二天使用，这样大大缩短了污水处理时间。基于这个试验，于1916年建成第一个活性污泥法污水处理厂。2）活性污泥的构成：用显微镜观察这些褐色絮状的活性
11、污泥，可以见到大量细菌、还有真菌、原生动物和后生动物以及无机物杂质，它们构成了一个生态系统。3）活性污泥法的基本流程活性污泥法一般是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排出系统组成。,曝气池是一个生物反应器，曝气供氧，使污水于活性污泥与污水的混合物产生好氧代谢反应。随后经曝气后的混合液进入沉淀池进行沉淀分离。流出水就是净化水，大部分沉淀污泥回流称之为回流污泥，它的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体即微生物浓度。曝气反应会引起微生物增加，增加的污泥通常从沉淀池中排出，以维持系统活性污泥的量保持稳定。这部分污泥叫剩余污泥。由流程可以看出，活性污泥法是一种很好的生活污水的处理方法。活性污泥除了有氧化
12、和分解有机物的能力外，还有良好的凝聚和沉淀性能，而出水是澄清的水。,2、活性污泥法的设计及运行参数比较重要的活性污泥处理装置的运行参数有：水力负荷、有机负荷、微生物浓度、曝气时间、微生物停留时间、氧传递速率、回流污泥浓度、回流污泥率、PH值和溶解氧浓度。1）水力负荷水力特征是不易控制的因素，船舶生活污水在一天内是变化的，通常是白天流量大而晚上流量小。为了解决这个问题，我们可以考虑采用变频控制的泵，并设一集水井。水力负荷的变化影响活性污泥系统的曝气池和二次沉淀池。当流量增加时，污水在曝气池内的停留时间缩短，影响出水质量和曝气池的水位。,2）有机负荷污泥的有机负荷率N和污泥浓度MLSS是设计和运行
13、中考虑的主要问题。污泥负荷率一般不大于1.5kg(BOG5)/kg(MLSS).d。3）微生物的浓度提高混合液中的污泥浓度可以缩小曝气池的容积，降低污泥负荷率提高处理效率。一味的提高MLSS并不能提高效益。因为：污泥量并不是微生物的活细胞量，曝气池中的泥量增加意味着泥龄的增加，而泥龄增加就使污泥中活细胞的量减少；过高的微生物浓度在沉淀池中难以沉降，影响出水水质；曝气池中污泥量增加就要求曝气池中有更高的氧传递率。通常曝气池中MLSS在2000mg/L左右是适宜的。,4）曝气时间 曝气时间和有机负荷的关系很密切，在考虑曝气时间时要注意其他的一些因素。生活污水曝气时间一般是三小时，或更大些。曝气时间
14、和曝气池的需氧速率有关。长时间的曝气能降低剩余活性污泥量，这样的系统适应冲击负荷，但曝气池容积大。因此要综合考虑这两方面曝气时间和曝气池的大小，使它们获得最佳匹配。5）微生物平均停留时间微生物在池中的停留时间，又称泥龄，是活性污泥法系统和运行中的最重要的参数之一。选择了一定的有机负荷率和一定的MLSS浓度，就决定了微生物的停留时间。停留时间越短，曝气池中的活性污泥更新就越快。所以，微生物停留时间和泥龄之间有内在的关系。微生物的停留时间至少应等于水利停留时间，但在此时，大部分微生物处于单个游离状态，曝气池中的微生物浓度很低；,微生物停留时间大于水力停留时间时，微生物浓度增加，改善了微生物的凝聚条
15、件。但过长的泥龄会使微生物老化，絮凝条件恶化。根据这几点可知，微生物的停留时间应该足够长，促使微生物很好的凝聚，以便沉淀分离；但不能过长，否则会使絮凝条件变差。根据经验数值，一般的活性污泥系统中，微生物停留时间和水力停留时间比例为20：1。6）氧的传递速率：氧的传递速率最终将确定该活性污泥法系统的能力。氧的传递速率要考虑两个过程氧传递到水中以及真正的传递到微生物的表面上。通常的实验数据只表明氧传递到水中，但这并不意味着氧已达到微生物的表面。后者则控制着微生物能力的发挥。为此，曝气设备不仅要提供充分的氧，而且要创造足够的扰动条件以剪切污泥絮体，使絮体中的细菌得到氧。曝气设备的选择、布置以及如何同
16、池形配合，是提高曝气池性能的条件。无论是表面式曝气或是气泡式，传递氧的能力已经足够，关键是要和池形配合，促进扰动。,7）回流污泥浓度：回流污泥浓度是活性污泥沉淀特性和回流污泥回流速率的函数。混合液中的污泥基本来自污泥回流，因此MLSS必然同回流污泥量和浓度有关。由此可以得到下图:图中：sa曝气池中的MLSS；sr回流污泥的悬浮固体浓度；r污泥回流比,8）回流污泥率：回流污泥量与回流污泥浓度和所期望的MLSS浓度有关，要求的MLSS浓度高，回流量就要增大。高的污泥回流量增大了进入沉淀池的流量，增加了二次负荷，缩短了沉淀池的沉淀时间，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固体随出水带走。一般情况下，常量污泥
17、回流比变量回流好。常量回流有一定的自调节能力，MLSS能自动地适应流量和有机负荷的变化。9）曝气池的构造：曝气池的构造常被忽略，似乎什么构造的曝气池都能用。实际上曝气池的构造对活性污泥法起着十分重要的作用。10）PH值：活性污泥通常运行在PH=6.5-8.5。PH值之所以能保持在这个范围内，是由于生活污水中的蛋白质代谢后产生碳酸氨和水中带来的碱度所致。PH值不能过低，当PH值低于6时，刺激了霉菌和其它真菌的生长，抑制了通常细菌的繁殖。二司壮真菌的沉淀性能差，使过量的微生物流失。,3、活性污泥法的类型和特点 1）普通活性污泥法 普通活性污泥法是经过沉砂和初沉，然后进入曝气池经过曝气后流入二次沉淀
18、池，流程图见图1。普通活性污泥法的不足之处是：对水质变化适应能力不强；所供氧不能充分利用，因为在曝气池前端废水水质浓度高，污泥负荷高、需氧量大，而曝气池后端则相反，但空气沿池长均匀分布，这就造成了前端供氧不足后端供氧过剩的情况。因此使曝气池相对庞大，能耗费用高。2）阶段曝气法阶段曝气法也称为多点进水活性污泥法，它是普通活性污泥法的一个简单的改进，可克服普通活性污泥法供氧和需氧不平衡的矛盾。流程如图3所示。,由图中可以看出，阶段曝气法中废水沿池长多点进水，从而解决了前端缺氧、后端氧过剩的弊端。并且可以改变各进口的进水量，运行灵活。,3）渐减曝气法渐减曝气法是将曝气池供氧沿活性污泥的推进方向逐渐减
19、少，以克服普通活性污泥法供氧、需氧之间不平衡的方法之一，其工作流程如图4。,4）吸附再生活性污泥法：吸附再生活性污泥法是根据活性污泥对有机物净化初期高速的吸附作用，将普通的活性污泥作相应的改变得来的。它的工作过程是：废水在吸附曝气池曝气数十分钟，经沉淀后回流污泥流入再生曝气池。再生曝气池不进污水只曝气，恢复活性的污泥流入吸附池。它的优点是造价低，回流泥量大有较强的调节平衡的能力，但对溶解有机物较多的污水处理效果差。流程图如图5。,5）完全混合活性污泥法完全混合活性污泥法曝气设备可采用表层曝气方式。完全混合活性污泥法的流程和普通的活性污泥法的流程相同，但是污水一进入池的中心，在曝气设备的搅拌下，
20、立即与池内的混合物混合均匀。流程如图6所示。,6）生物吸附氧化法(AB法)二十世纪七十年代，为了解决传统的二级生物处理法去除难降解的有机物和脱氮除磷效果差的问题。提出了吸附氧化法(AB法)。其流程如图：,AB法的主要特点是：1）AB法属于两段活性污泥法的范畴，但通常不设初沉淀池，以充分利用活性污泥的吸附作用。2)A级和B级的污泥回流完全分开的，两级中具有组成和功能均不相同的微生物种群。3)A级以极高的负荷运行，水力停留时间在半小时左右。A级可根据不同的进水水质，选择水力停留时间，好氧或者厌氧方式运行。4)B级则以极低的污泥负荷率运行。AB法中A级污泥负荷高，微生物多呈游离态，代谢旺盛、吸附能力
21、强。而B级污泥负荷低，它主要发挥微生物的降解作用。它的优点是总的反应池容积小，造价低、耐冲击负荷并能保证出水水质稳定。7）延时曝气法：延时曝气法是一种长时间曝气的活性污泥法，它的特点是在低负荷运行时去除效率高、污泥量少。但是它曝气时间长，容易发生砂化、引起飘泥，而且设备占地面积大。,8）氧化沟法：氧化沟法也就是连续反应池法。它把连续环式反应池用作生物反应池，混合液在反应池中以一条闭合的曝气道中连续循环。其工作流程如图9。它的运行特点是：污泥运行负荷低，处理深度高；由于曝气装置只设在氧化沟的局部区段，力保其不同的距离处便于形成耗氧、缺氧和厌氧区段。因此具有反硝化脱氮的功能；污泥沉降性能好，无臭味
22、；耐冲击负荷，适应性大；产泥量较少；动力消耗较低，噪声小。,9）批式活性污泥法(Sequencing Bach Reactor简称SBR)批式活性污泥法的工艺特点是将曝气池和沉淀池合二为一，反应生化分批进行。它的工作周期可以分为进水、反应、沉降、排水和闲置五个阶段。工作流程如图9。,批式活性污泥法与其他方法比较，有以下特点：1)结构简单，投资节省。SBR曝气沉淀在同一池内，省去了二沉池、回流装置和调蓄池等设施，因此投资较低。2)控制灵活，可满足各种处理要求。SBR在运行一个周期过程中，可以按进水水质和出水要求调节各阶段的时间。3)活性污泥性状好、污泥产率低。由于SBR在进水初期有机物浓度高，污
23、泥絮体内部的菌胶团细菌也能获得充分的营养，有利于胶团细菌的生长，污泥结构紧凑沉降性能好。在沉降期，无曝气扰动，因此沉降效果好，效率高。由于在闲置期污泥处于内源呼吸阶段，因此污泥产率较低。,五、几种常用活性污泥法的比较分析在上述提到的九种活性污泥法类型在岸上的污水处理中均有应用。在船上由于处理生活污水的量不大、受空间操作性等条件的限制，并非所有的类型都适合在船上应用。其中曝气池占用面积大以及操作较复杂的吸附再生法、AB法和延时曝气法并不适合在船上应用。普通法和渐减曝气法占用空间较大，处理效果不十分理想，并不是最佳的方法。而占用空间小、处理灵活的完全混合法和批式处理法是较理想的处理方法。船舶生活污水的处理方法有很多，活性污泥法虽然也存在着需要曝气，培菌时间长的缺点，但活性污泥法处理水水质好，装置结构简单，药剂使用量少，成本低等优点，使它与其他方法相比有很大的优越性。因此仍不失为一种船舶生活污水处理的好方法，特别是占地面积小、操作简便的批式活性污泥法，是船舶污水处理的好方法。,
