船舶生活污水处理装置维修改造

刘 林，王 斌，蒋轶俊

（1. 中海油田服务股份有限公司，天津 300459；2. 上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

我国于2016 年取消了国家海洋局，现由船舶防污染设备的管理由海事局、自然资源部以及国家环境局共同管理。在“绿水青山就是金山银山”的今天，国家执法部门对海洋及内河水域环境保护日益重视，因此针对现有船舶的升级改造、满足现行的法律法规要求迫在眉睫。2018 年7 月1日《船舶水污染排放控制标准》生效实施，其中船舶生活污水的排放标准高于现有法规、国际防止船舶造成污染（International Convention for the Prevention of Pollution from Ships， MARPOL）公约且该标准具有强制性、对现有船具有追溯性。为了满足标准，生活污水处理装置及其处理工艺的升级势在必行。2020 年12 月中国船舶集团第七〇四所完成了“海洋石油708”生活污水处理装置维修改造项目，改造后装置已经正式投入使用，目前装置运行良好，出水水质稳定。“海洋石油708”生活污水处理装置的维修改造项目的成功为后续升级改造提供了新的思路。

1 现有装置存在的问题

经调研，现有船用生活污水处理装置（简称“装置”）主要存在以下几方面问题：

1）船舶人员数量变化大，装置水力负荷、有机负荷变化大。

多数施工船在施工作业期间，在船人员数量大幅增加，厕所使用高峰期时短时间内会有大量黑水涌入处理装置，水力负荷、有机负荷急剧变化。这对传统生化法处理装置瞬时冲击过大，装置内活性污泥可能随着污水直接排出装置，装置处理能力大幅降低，出水水质难以满足排放要求。

2）船舶舱室空间有限，升级改造难度高。

船舶舱室空间“寸土寸金”，装置升级改造大多需要占用更多的空间，多数情况下舱室无法满足改造的要求，只能采用更好的工艺或采用模块化的方式合理利用船舱空间。

3）缺少维护，柜体、组件锈蚀严重，基本丧失污水处理功能。

装置在长期使用过程中未定期维护，如更换组件易损件、更换柜体防腐蚀电极，导致装置整体无法正常运行；船员在装置运行过程中过量使用洁厕灵等腐蚀性较强的清洁剂，导致柜体板材锈蚀严重，内部透水、短流，装置失去基本功能。

4）旧装置处理工艺难以满足现行标准要求。

随着《船舶水污染排放控制标准》的颁布实施，在生活污水排放控制方面，增加了pH 值、CODCr、总余氯、总氮、氨氮和总磷等6 项指标，收严了生活污水中BOD5、悬浮物和耐热大肠菌群数的排放限值。面临如此严格的排放标准的要求，目前装船的大部分仅有生化处理工艺的装置无法满足排放标准的要求，升级改造势在必行。

5）培菌难度高，活性污泥易流失。

船员缺少生化法生活污水处理装置运行的基本知识，在装置培菌阶段常感到困惑，无法通过简单的调节顺利培养出活性污泥；在某些可直排的水域，船员会将装置内污水全部排空，使得内部活性污泥大量流失，培菌工作要重新开始。

2 装置维修改造方案介绍

2.1 模块化分割设计

现场完成勘验后，根据进舱路线中最小的尺寸重新设计装置，将不同柜体分割成可搬运进舱的模块，运输至船上后现场拼接安装。若原船有黑水舱或可利用空间，可以改造黑灰水舱或增设污水罐，作为生活污水处理装置缓冲罐及水解罐通过转驳泵向装置内定期转驳，极大降低装置的水力负荷，且水解后的污水更容易进行深度处理。

2.2 生化柜增加活性填料

在现有生化柜处理工艺的基础上，不做大幅度改变，通过内部增加悬浮式活性填料将污水处理装置改造成移动床生物膜反应器（Moving-Bed Biofilm Reactor，MBBR）处理工艺。相对于膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor，MBR）而言，MBBR 处理工艺主要优势为：（1）无需定期反冲洗，无需载体流化，填料不易堵塞且曝气器的更换简单；（2）可抗冲击负荷，污泥产量较少，污泥龄长。其主要原理是利用污水连续流过反应器填料载体后，在载体上形成生物膜，微生物在生物膜上大量繁殖生长的同时降解污水中的有机污染物，从而起到净化污水的作用[1]。顺序为：污水→调节柜→一级生化处理柜（MBBR）→沉淀柜→二级生化处理柜（MBBR）→膜组件→排放。

2.3 柜体采用不锈钢材质，加强防腐蚀设计

维修改造的柜体、管道可根据用户要求采用304 不锈钢、316 不锈钢材质或其他耐腐蚀材质，柜体内部根据不用钢材特点涂防腐油漆，每个独立的柜体均设有防腐蚀电极（定期更换），长期使用可最大程度降低装置柜体锈蚀的风险。

3 生活污水处理装置改造特点

1）安装周期短，不影响船舶作业

现场维修勘验完成后，根据进舱最小体积进行模块化定制，无需开舱、切割等复杂操作，可利用船舶靠港小修期间完成维修、改造升级。以“海洋石油708”为例，旧装置在2～3 天完成拆解离船，维修装置运输至船上后，经过搬运、定位、接管、进水和调试等环节，4～5 天即可完成所有改造工作，整个维修时间可以控制在1 周。

2）生化性能大幅提高，培菌操作简单，无活性污泥流失风险

一般活性污泥法的生物量为3 g/L～5 g/L，生物膜法的生物量为10 g/L～20 g/L，生物流化床的生物量可达15 g/L～40 g/L[2]。在装置现有MBR膜生化处理工艺流程中引入移动床生物膜反应器处理技术，其主要优势包括：（1）在同一个工艺系统中的同时完成硝化、反硝化作用，即将主要发生在悬浮填料生物膜上的硝化过程和发生在活性污泥混合液中的BOD 去除过程、反硝化过程组合起来；（2）从悬浮填料表面脱落的生物膜进入活性污泥混合液中，自动产生硝化污泥接种作用，提高了系统的抗冲击负荷能力，使硝化作用得以延续。长期运行时船员在可直排区域可有计划的依次将装置不同柜体内污水排空，得益于悬浮填料保留了大部分活性微生物，装置在重新进水后可迅速进入生化阶段，无需重新培菌。改造前后的污泥指数（sludge index，SVI）显示，改造后污泥沉降性能大幅提高，污泥膨胀现象基本消失[3]。

3）可满足最新排放标准要求，出水水质稳定

经MBBR 升级改造后，能够有效提高对难降解有机物的去除效果。经过实船长期取样检测分析化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）去除率，分析显示平均去除率提高了40%，而且根据船东要求将生活污水处理装置可改造成具有脱氮除磷工艺的装置。

4）因“船”而异，根据每船实际情况定制

装置改造的处理方案，处理工艺可根据该船排放标准的要求、实船改造空间等条件定制，满足船东不同层次的要求。在改造时合理利用船上黑水舱等空间增设缓冲柜（水解柜），为装置的深度处理、达标排放创造条件。

4 装置改造中注意的问题

1）使用成熟MBBR 填料、投加填料填充率

结合船舶生活污水处理装置的特点，建议使用HDPE 材料制成的悬浮填料，本次改造使用的悬浮填料为空心圆薄片，其直径为25 mm、厚度约为5 mm，填料密度为940 kg·m3～970 kg·m3，比表面积大于600 m2/m3，可以根据原污水类型的不同选取不同规格的填料。改造的生活污水处理装置中填料的投加比例约为35%，不宜过高。

2）合适的曝气量

改造的装置投入使用后，前几日污水刚进入装置，装置内有机负荷较低，曝气量应调节到使填料刚好完全流化即可，否则会导致溶解氧含量过大。培菌前期悬浮填料上生长的生物膜很薄，填料密度小于水的密度，使其流化需要能耗较大，且污水的溶解氧含量容易过高。随着船舶黑、灰水不断导入装置，悬浮填料上生物膜变厚，填料密度基本等于污水的密度，此时使填料完全流化更简单，耗能更少且更方便控制溶解氧浓度[4]。整个培菌过程中，应每日观察悬浮填料的流态，通过测定污水溶解氧不断调整曝气量，保证水中的溶解氧控制在2 mg/L～4 mg/L，为多型微生物提供最佳的生化处理环境。

3）柜体进出水口增加筛网

进出口筛网将生物填料保留在生化柜中，筛网的孔径根据填料的尺寸制定，应确保悬浮填料无法逃逸出生化柜体。装置柜体

5 结论

“海洋石油708”的维修改造实践证明，基于MBR+MBBR 的核心技术，能够满足面向现有船舶生活污水处理装置升级改造的要求，提供更经济、便捷、有效的污水处理升级改造方案。

装置改造兼顾了膜生物反应器（MBR）和移动床膜生物反应器（MBBR）的优点，集两者之长，选用的悬浮填料生物亲和性强，吸附性能高，处理污水质量高，改造成本低，可在不改变原污水处理系统的体积的前提下，提高污水处理效率，抗冲击能力和处理深度，方便船员使用和维护。根据船上现有条件和使用习惯，充分利用空间制定最适合的升级改造方案，是现有船舶生活污水处理装置满足现行法律法规的必经之路。