近年来，随着国际贸易的快速发展，船舶为运输方式的比重越来越高，但船舶产生的生活污水含有有机物和矿物质，还含有大量的细菌、寄生虫和病毒，如果不经过处理将其任意排放，就会危害人体和水生物，造成周围水域的污染。随着全球对船舶污染海洋环境造成的威胁越来越重视，目前有关国际海事组织、各国都陆续出台、修订了相关公约法律法规，对船舶生活污水的排放指标进行了更加严格的限制，要求对船舶产生的生活污水进行更加有效的处理，以减少对海洋生态造成污染。各种类型生活污水处理技术也日益成熟，膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor, MBR)生化法生活污水处理技术，由于其结构紧凑、生化反应速率快和剩余污泥产量少等特点，在船舶生活污水处理装置中得到广泛应用。
1 生活污水处理装置处理方式的比较
目前，船舶生活污水处理装置的处理方式大多采用电解法、理化法、生化法和混合处理法等。电解法利用污水柜中的电极对生活污水进行分解，装置体积小，但是初期投资大，电能消耗大，电极容易结垢，供应商单一。理化法使用物理机械将生活污水进行固液分离杀菌消毒，分离的固体污染物在船上焚烧或岸上接收处理，其成本极低、但装置构造复杂、处理效果较差。生化法采用MBR技术对生活污水中有机物进行分解，不用污染环境的含氟药剂，成本较低。
MBR膜采用膜分离和生物处理相结合的方式对污水进行处理，工作原理见图1。近年来由于结构紧凑、生化反应速率快等特点，在国内外广泛应用于水处理技术领域，在再生水处理等工程中也得到了应用和推广。
图1 MBR膜工作原理
MBR膜将分离的污泥返回污水柜进行充分曝气充氧，使活性污泥浓度提高、优势菌种种类增多，大大提高了生化反应速率。被截留的微生物在MBR膜内不仅提高了生活污水处理装置的整体生物降解效率，保证了船舶生活污水满足排放标准，同时还减轻了生活污水的有机负荷和液力负荷的冲击。2 生化法生活污水处理装置的基本组成
WCBx-40C型生活污水处理装置采用接触氧化、MBR膜过滤和紫外线消毒杀菌相结合的方法，处理来自船舶厕所等处所的生活污水。由于该装置在污水柜、接触氧化柜中设置了生物填料，且采取MBR膜过滤分离、紫外线杀菌技术，因而与同类型产品相比具有质量轻、体积小、结构紧凑、杀菌能力强和无二次污染等特点。经该装置处理后的排放水符合《2012年生活污水处理装置排放标准和性能试验导则》(MEPC.227(64)号决议)的要求及国际废液排放标准，见表1。WCBx-40C型生活污水处理装置由3个水密的腔室、1套MBR膜组件、消毒器、气泵、粉碎泵、排放泵和电气系统等组成，见图2。表1 IMO、中国标准及该装置的货船生活污水排放限值比较 | | | | | | |
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注：(1)IMO标准即《2012年生活污水处理装置排放标准和性能试验导则》(MEPC.227164)号决议),总氮、总磷要求只适用于在MARPOL附则Ⅳ特殊区域内营运并拟将排放生活污水入海的客船。(2)中国标准[1]是对2016年1月1日及以后安装(含更换)生活污水处理装置的船舶(不含客运船舶)的相关要求，2021年1月1日以后客运船舶向内河排放生活污水要求更加严格，增加总氮、总磷和氨氮等指标。(3)Qi/Qe为稀释补偿系数，排入物Qi指进入生活污水处理装置进行处理的生活污水的流量，m3/d; 排出物Qe指混入稀释水后，生活污水处理装置的出水流量，m3/d。本装置没有引入稀释水的处理工艺，故稀释补偿系数Qi/Qe=1。 |
3 工作原理及其功能
3.1 工作原理
生活污水进入污水柜，经过充分粉碎后流进接触氧化柜，污水柜和接触氧化柜这2个腔室内均含有生物填料，通过气泵对这2个腔室进行曝气充氧。生活污水中的有机污染物被生物填料黏附消解生成二氧化碳和水，同时活性污泥得到繁殖，然后再流入沉淀柜，沉淀柜中的污水经过排放泵加压后进入MBR膜组件进行过滤分离，MBR膜截留污水中的活性污泥和杂质回流至污水柜再次与生活污水进行反应，过滤分离后的水排入消毒器内经杀菌消毒后排放至舷外。该装置液力负荷为2.8 m3/d, 有机负荷为1.4 kg/d, 当短时间内液力负荷较大，使得沉淀柜中污水水位过高会溢流至船舶集污舱，集污舱设置了液位指示系统。集污舱内的污水可经过外置粉碎泵泵入该装置污水柜进行处理、排放。3.2 气泵的功能
本装置装有2台气泵，单台气泵向污水柜和接触氧化柜曝气，工作15 min, 停止5 min, 循环工作。气泵的作用：向污水柜和接触氧化柜这2个腔室补充空气，利于好氧菌繁殖，以降解生活污水中的有机物，除去污水柜和接触氧化柜中反应产生的沼气，通过柜子顶部的透气管排至大气中。3.3 MBR膜组件的功能
本装置装有一套MBR膜组件，由3个MBR膜组成，MBR膜通过排放泵的抽吸排放实现过滤截留，过滤后的水将排至消毒器中杀菌消毒。截留的活性污泥在MBR膜组件继续进行生化反应，动态地延长了污水停留时间，实现了水力停留时间与污泥龄的完全分离，使得装置运行控制更加灵活稳定[2]。MBR膜设有反冲洗功能，按反冲洗手动按钮，工作1 min后自动停止。反冲洗水采用压力为1～2 bar( 1 bar=105 Pa) ,温度为2～32 ℃的船舶日用淡水。4 实际使用中常见问题及解决方案
4.1 粉碎泵不能启动
粉碎泵是按照预定程序对污水柜的生活污水进行粉碎，每间隔5 min运行5 min, 在实际使用过程中粉碎泵不启动一般是叶轮故障、热过流保护导致，生活污水中垃圾缠住叶轮或者金属类硬质物品卡住叶轮。新上船人员或船舶外来人员不能按照船舶规定正确使用马桶，向马桶内投放其他垃圾，尤其管路维修时，修理人员遗漏螺栓、螺母等金属类物品，这些都是较为常见的导致粉碎泵不能启动的故障原因。所以可以得出：在实际使用过程中，船舶需制定相关的规定，除可溶解的卫生纸外，其他物品一律不准投放马桶内。对新上船或者外来人员登船时，做好相关培训，并在特定位置张贴警示说明，做好事前预防。如遇船舶维修下水管路或马桶时，做好监督等。4.2 排放泵不停机、运行时间长
排放泵是根据沉淀柜中的液位自动启停。当沉淀柜中的液位长时间不能被抽到低液位时，排放泵不停机持续运行。4.2.1 阶段性生活污水量较大
在实际使用过程中，生活污水量受季节和船上人员生活习惯影响很大，根据船上人员作息习惯，每天最大排污量出现在0700—0900时，这个时间段生活污水较多，生活污水处理装置负荷较重，会遇到排放泵长时间不停机的现象。当液位计故障、个别房间马桶不能正常关闭时，也会出现排放泵长时间运行不停机现象。4.2.2 阀门不能正常关闭
在正常使用过程中，污水柜和接触氧化柜底部的出口阀V22、V23关闭，沉淀柜出口阀V20开启，若阀V22、V23或装置冲洗水阀等阀门关闭不严，液位计将不能正常控制排放泵的启停，也将导致其运行时间长的现象。经生活污水处理装置处理后的生活污水通过防浪阀排至舷外，防浪阀属于舷外阀，与海水直接接触，工作环境恶劣，容易被海水腐蚀，且生活污水在阀芯处易留下残渣，导致防浪阀长期使用关闭不严现象。若防浪阀不能正常关闭、电磁阀V16关闭不严，也会导致排放泵运行时间长现象，但此种现象不太常见。4.2.3 MBR膜脏堵
MBR膜长期使用，生活污水中的微小颗粒、有机大分子、胶体粒子或其他溶质分子会与膜发生物理、化学或机械作用，导致膜污染[3],使得MBR膜脏堵，渗透通量下降。根据MBR膜运行原理，当MBR膜出现脏堵时，过滤分离效果变差，MBR膜前压力升高。综上所述，在装置使用时，应对分管设备轮机员进行系统培训，严格按照操作规程进行操作。对装置的相关截止阀、电磁阀、防浪阀等阀件定期进行研磨检查，做效用试验；加强对排放泵压力的监测，及时对MBR膜组件进行冲洗，保证生活污水处理装置的高效运行。4.3 污水柜或接触氧化柜无气泡
4.3.1 气泵不运转
本装置使用的气泵为滑片气泵，由旋转的内转子产生的离心力使滑片从内转子凹槽向外摆动并沿着泵体的内表面滑动。泵轴旋转使泵壳内容积改变，空气被加压并且连续均匀的排出。在实际使用过程中，2台气泵交替使用，气泵不运转一般是滑片卡死导致，通过手动盘泵轴可以简单判断出。气泵的吸口有铁丝网作为空气滤器，防止杂物被吸入气泵泵壳内造成滑片卡死。4.3.2 气泵运转，但污水柜或接触氧化柜无气泡
气泵运转，但污水柜或接触氧化柜污水无气泡或翻腾现象，一般是曝气管堵塞导致，此时可以看到气泵的排出压力高于0.2 bar, 造成曝气管堵塞的原因一般是生活污水处理装置的生活污水进水量太大，污水柜或接触氧化柜污泥过多，过滤膜被污染物堵塞导致效率降低等。所以，在使用过程中，应控制生活污水的进水量，减轻该装置的工作负荷；及时排放污泥；定期冲洗、更换过滤膜，从而避免曝气管堵塞，曝气管长时间堵塞也会造成气泵的过载等故障。5 维护保养
5.1 日常例行检查
日常例行检查是安全高效运行管理的重要内容。在装置的正常运行时，对外观进行检查，管系有无泄漏、锈蚀等现象，检查各泵的排气压力是否稳定：气泵的正常工作压力在0.2 bar左右，排放泵的正常出口压力在1.7 bar左右；如果实际压力与正常工作压力偏差较大，应查找出具体原因。检查紫外线消毒器工作是否正常，腔内石英玻管结垢、污染和灯管的老化等现象会使紫外线的波长和光强发生变化，影响消毒效果，排放的污水不能满足要求，造成海域环境污染。检查紫外线灯光时必须戴抗紫外线眼镜，以防伤害眼睛；紫外线灯管的使用寿命为12 000 h, 更换紫外线灯管时，需对紫外线消毒装置进行泄压。每天检查取样口水质，保证处理后的出水水质达到排放标准。5.2 污泥排放
该装置长时间运行后，活性污泥浓度逐渐增大，可以通过MBR膜组件回流至污水柜的透明管和污水柜观察镜中观察到回流水中的污泥量进行判断，沉淀柜中污泥浓度过高也会使得MBR膜组件出口压力降低，正常使用3～6个月进行部分污泥排放。当MBR膜组件回水中的污泥超过常规量时，易造成MBR膜堵塞，过滤阻力增加，过滤后的水质变差，降低MBR膜使用寿命，可使用排污口排出部分污泥。根据我国《船舶水污染物排放控制标准(GB 3552—2018)》,有以下三种处理方式。1)当船舶在距离最近陆地12 n mile以外水域时，在船速不低于4 kn, 且排放速率不超过相应船速下的最大允许排放速率，可用排放泵直接排至舷外。2)当船舶在内河和距最近陆地大于3 n mile, 小于等于12 n mile的水域时，打开V24,关闭V15、V18,旁通MBR膜，用排放泵将污水和污泥经消毒器消毒后排至舷外。污水中污泥含量较多时，容易污染紫外线消毒器灯管，最好用排放泵排至船舶集污舱。3)当船舶在距最近陆地3 n mile以内(含)和内河的水域时，该区域禁止排放生活污水，应用排放泵排至船舶集污舱或申请岸基回收。5.3 清洗和放泄
当该装置长时间停止使用时，应排掉污水，洗净装置空置，超滤装置封闭并注满清水。当气泵不工作时，装置内不能充满污水，否则会产生沼气。清洗步骤：首先关闭进入污水柜的生活污水阀V1,打开进入污水柜的清水阀V2注满清水，关闭排放泵回流阀V15。分别打开各腔底部排放阀V20、V21、V22,按“手动”按钮启动排放泵，将装置污水排空。反复操作直到装置清洗干净。当该装置短时间停用时，污水柜内活性污泥不能全部排空，气泵需继续工作对污水柜进行曝气，保证好氧菌群的活性；若该装置长时间停用后投入使用，为加快好氧菌群的培养速度，可向污水柜和接触氧化柜投入一定比例好氧菌剂和营养剂，按照说明活化后进行曝气，培养以好氧菌为主的活性污泥。5.4 MBR膜装置的清洗(拆卸清洗)
MBR膜使用过程中，生活污水中的颗粒、污泥絮体、微生物、胶体粒子等吸附或聚集在膜表面或模孔内部，造成膜的污染[4],过滤分离效果减弱，长时间使用导致MBR膜脏堵，造成反流至污水柜水量增加，生活污水装置生化处理效率降低、排水量减少。所以，需定期对MBR膜进行清洗、反冲洗减缓MBR膜的污染。5.4.1 MBR膜的清洗
初次清洗时，在对原水(进入设备需要处理的生活污水)无全面认识的情况下，可先酸洗，后碱洗，并观察效果，在今后的清洗中再选用合适的方法。1)浸泡：可采用20×10-5～40×10-5的次氯酸钠溶液，浸泡2～3 h进行消毒。2)酸洗：在原水中铁、锰、铝、钙、镁等金属离子含量高的情况下，采用0.5%～3.0%的氯化氢溶液进行化学清洗；3)碱洗：在原水COD、BOD及其他有机成分较高的情况下，亦采用2%～8%的氢氧化钠溶液进行清洗。5.4.2 MBR膜的反冲洗
MBR膜的反冲洗的是采用物理法减缓MBR膜污染，在装置正常工作时，电磁阀V14关闭，电磁阀V16打开，MBR膜组件过滤分离的生活污水经电磁阀V16排入消毒器中，经杀菌消毒后排放至舷外。MBR膜的反冲洗时，点击控制箱上的反冲洗按钮，此时电磁阀V16关闭，电磁阀V14打开，清洁的淡水经电磁阀V14对MBR膜进行反冲洗，1 min后反冲洗自动停止，电磁阀V14关闭，电磁阀V16打开，MBR膜组件恢复正常工作。6 结束语
生活污水处理装置作为船舶的防污染设备之一，也是海事管理部门重点检查的设备，设备的正常运行至关重要，船公司和船舶管理人员应提高认识，加强对船舶设备管理及相关人员的教育、培训并制定维护保养制度，设备管理人员严格监控该装置的各项运行参数、做好记录，确保生活污水处理装置的高效运行，使船舶生活污水满足排放标准。[1]毛鑫,张冰,唐和礼等.生物法减缓MBR膜污染的研究进展[J].中国给水排水,2022,38(18):34-41
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