船舶運輸業(yè)由于其成本優(yōu)勢，在國際商貿運輸中所占比重在日益增大。然而，船舶運輸業(yè)蓬勃發(fā)展的同時也給水體生態(tài)帶來了一定的壓力，近海海域受到越來越嚴重的污染，給人類健康帶來威脅。隨著生態(tài)環(huán)境保護意識的增強，船舶的污水排放開始受到更多的關注和重視。
一、船舶生活污水的特點及排放標準
1.船舶生活污水的特點
船舶類型、采用的衛(wèi)生器具等都影響著船舶生活污水的水質水量。一般貨船由于船員人數(shù)及生活習慣較為固定，其用水特性及用水量相對穩(wěn)定;客輪由于人員流動性大，不確定性大，用水量變化較大。船舶生活污水的污染物主要是高濃度有機物、氮磷等營養(yǎng)物質和病原微生物。這些污染物若沒有得到有效處理而排放，可能會導致水體富營養(yǎng)化、水體生態(tài)鏈破壞、水生生物生活環(huán)境破壞、影響人類健康等水污染事件。由于船舶空間限制，均采用節(jié)水型衛(wèi)生器具，沖洗水量遠小于城鎮(zhèn)用水，因此船舶生活污水中污染物濃度要高于城鎮(zhèn)生活污水。污染物負荷高、水量波動大、受船舶航行影響等特點，對船舶生活污水的處理工藝提出了更高的要求。
2.船舶生活污水的排放標準
1973年國際海事組織(IMO)海上環(huán)境保護委員會(MEPC)通過了MARPOL公約，極大地推動了船舶生活污水處理技術的發(fā)展。表1對比了不同階段國際公約對船舶生活污水污染物的排放標準，多年來排放標準在不斷提高。
近年來，我國船舶生活污水的排放標準隨著公約的變化也在不斷提高。我國在2018年頒布并實施的《船舶水污染排放控制標準GB3552-2018》中針對不同時段安裝(含更換)生活污水處理裝置的船舶，規(guī)定了其在內河及距最近陸地3海里以內(含)海域的生活污水污染物排放限值(表2)。隨著生活污水處理裝置安裝(含更換)的年份變化，對BOD5、SS、耐熱大腸菌群數(shù)等污染物的排放要求越來越嚴格，又逐步增加了CODCr、pH值、總氯(總余氯)、總氮、氨氮、總磷等指標要求，在指標數(shù)量及濃度排放限值上均嚴于國際公約的規(guī)定。
二、船舶污水的處理方法
1.物理化學法
物理法是指采用絮凝、沉淀、過濾等物理過程進行固液分離，通過去除污水中的懸浮物、膠體、分散性顆粒等達到降低COD、BOD的目的。絮凝-沉淀是常用方法之一，該方法操作簡單，安裝方便，設備體積小�；瘜W絮凝需要加入大量絮凝劑，絮凝劑的儲存需要較大的空間，存儲期間可能造成污染。而電絮凝由于無需投加化學藥劑，絮凝效果好，占地小等特點，更適用于船舶污水處理。船舶環(huán)境不同于陸地，其在航行過程中的震動、顛簸、轉彎等均會影響重力沉淀的效果，進而影響出水水質，因此絮凝-沉淀一般多用于船舶生活污水的預處理階段。膜分離技術對去除SS、鹽類、大腸桿菌等效果明顯，但膜易堵塞，運行時進行反沖洗和膜組件更換都增加了水處理成本，因此運行費用較高�；瘜W氧化法主要包括臭氧氧化、芬頓氧化等，反應快，處理效率高，去除COD具有較大優(yōu)勢，但反應易產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)物造成二次污染，也存在需要較大空間儲備化學藥劑的問題。電化學法是利用電化學原理，通過在電極表面發(fā)生的氧化還原反應來降解污染物，具有設備占地面積小，處理效率高，操作簡單，啟動方便等優(yōu)點。但電化學反應的能耗高，電極壽命短，更換電極的費用高，副反應嚴重，產(chǎn)生污泥量大。
2.生物法
生物法是利用微生物的生長代謝將污水中的污染物分解，達到污水處理的目的。生物法可分為好氧生物法和厭氧生物法。目前用于船舶污水處理的主要為好氧生物法，包括活性污泥法、接觸式生物氧化、生物膜法等。生物法在市政生活污水處理中的應用已經(jīng)十分成熟，具有運行費用低，出水水質好，藥劑使用少等優(yōu)點。但與陸地相比，船舶航行過程中會出現(xiàn)震動、搖擺、轉彎，船內溫度過高等情況，會對生物法的運行產(chǎn)生影響，且生物法裝置通常體積較大，船舶空間的限制對生物法裝置的設計提出了更高的要求。
活性污泥法作為成熟的水處理工藝，投資小，對氮、磷、COD、SS等去除效果好。但活性污泥法易發(fā)生污泥膨脹，易引發(fā)惡臭，反應啟動慢，且占地面積大，對船舶空間要求高。接觸式生物氧化法的凈化效率高，剩余污泥少，耐沖擊負荷能力強。但需專業(yè)人員長期馴化細菌，對操作人員要求較高。膜生物反應器(MBR)將活性污泥法和膜工藝有效結合，利用微生物降解污染物的同時，膜的截留作用使污泥齡延長，提高出水水質。是目前較為成熟的船舶生活污水處理工藝。具有設備緊湊占地面積小，處理效率高，抗負荷沖擊能力強，出水水質穩(wěn)定良好等優(yōu)點。同時由于其自動化程度高，操作簡單，更適用于缺少專業(yè)操作人員的船舶。
由于最新的船舶生活污水排放標準中對氮、磷的排放提出了明確要求，因此MBR工藝需要強化脫氮除磷。目前脫氮的強化通常是通過空間交替或時序交替提供好氧/缺氧環(huán)境來實現(xiàn)。李紅瑛等在研究中發(fā)現(xiàn)通過前置缺氧單元實現(xiàn)空間交替的A/O-MBR工藝，其回流比控制在200%~300%時，COD及氨氮能達到較高的處理效率。間歇曝氣MBR是控制曝氣時間來實現(xiàn)好氧缺氧環(huán)境的時序交替，通過硝化反硝化達到脫氮的目的。時序交替不需要缺氧池，節(jié)約空間，污水還可以為反硝化反應提供碳源。張志超等研究了脫氮除磷膜-生物反應器中的除磷效果及特性，結果表明該工藝具有穩(wěn)定高效的除磷效果，總磷的平均去除率為92.0%。利用化學法除磷也是一種高效除磷的選擇，向污水中投加絮凝劑，形成磷酸鹽沉淀，再通過固液分離達到除磷的效果。遲軍等在研究中發(fā)現(xiàn)向MBR中加入絮凝劑不僅能夠提高工藝的除磷效率，還能起到延緩反應器膜污染的效果。
三、目前船舶生活污水處理裝置存在的問題及對策
20世紀60年代，一些發(fā)達國家就開始參考陸地生活污水處理系統(tǒng)來研究船舶生活污水處理工藝。英國漢姆沃斯公司開發(fā)研制的“超三叉機”系列處理裝置和德國開發(fā)研制的Bio-Compact系列處理裝置，均運用了生物法。丹麥阿特拉斯公司研制的WSH型船舶生活污水處理裝置采用的是物化法。美國SevernTrentdeNora公司開發(fā)研制的Omnipure系列處理裝置則運用了電化學法。國內船舶水處理技術研究開始的相對較晚，在20世紀70年代上海船舶設備研究所在國內首先開展了對船舶生活污水處理技術的研究。
近年來隨著排放標準的不斷提高，生態(tài)環(huán)境保護意識的不斷增強，原有的生活污水處理裝置已不能滿足船舶生活污水排放要求和生態(tài)環(huán)境保護的需求。劉強針對遠洋貨輪的生活污水水量、水質及船舶航行特征，集成化設計了適用于遠洋貨輪的MBR污水處理裝置，該裝置包含了過濾-粉碎-調節(jié)-MBR-紫外線消毒等工藝，運行結果表明其出水水質達到了國際和國內對船舶污水排放的要求。交通部上海船舶科學運輸研究所研制的CSWA系列生活污水處理裝置采用了生物接觸氧化法+紫外殺菌+消毒的組合方法。多種工藝聯(lián)合使用可以提高處理效率、提升出水水質，組合工藝的研究及其裝置的研發(fā)成為船舶污水處理新的研究方向。
四、結語
影響船舶生活污水處理工藝效率的因素眾多，主要有船舶對于污水處理裝置的空間限制、船舶的日常運行及維護、負荷沖擊、能耗等。隨著日益嚴格的排放要求，綜合各種工藝的優(yōu)缺點，開發(fā)多種工藝聯(lián)合處理船舶生活污水的裝置，進行不斷的技術革新，開發(fā)新的工藝產(chǎn)品，提高船用生活污水處理設備的處理效率及運行穩(wěn)定性，成為船舶水處理技術開發(fā)的新挑戰(zhàn)和新機遇。(來源：中設設計集團股份有限公司)
