潘良高

（海軍駐南京地區(qū)航天機電系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003）

船舶防污染技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

潘良高

（海軍駐南京地區(qū)航天機電系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003）

介紹了船舶防污染專業(yè)領(lǐng)域中船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)、生活污水處理技術(shù)、艙底水處理技術(shù)的現(xiàn)狀，對現(xiàn)有船舶防污染設(shè)備技術(shù)存在問題進(jìn)行分析，并進(jìn)一步探討船舶防污染技術(shù)的發(fā)展趨勢。

防污染技術(shù)；固體廢棄物；廢油；廢水；生活污水；艙底水

0 前言

隨著海洋運輸、海洋開發(fā)、海洋利用的發(fā)展，海洋環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，世界各國對于海洋環(huán)境的保護(hù)也日益重視。國際防污染公約和決議不斷地加強修訂，并統(tǒng)一實施。其中國際海事組織（IMO）對于船舶防污染專業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)行有效決議有：針對船用焚燒爐的MEPC.76（40）和MEPC.93（45），針對船用生活污水處理裝置的MEPC.159（55），針對艙底水分離器的MEPC.107（49）等。這些決議對船舶排放都有明確的規(guī)定和要求，同時更新的規(guī)范也已出臺并將實施，其中，針對船用焚燒爐的MEPC.244（66）將焚燒處理熱容量從1500kW提升至4000kW；針對船用生活污水處理裝置的MEPC.227（64）提高了客船在特殊海域的氮、磷排放指標(biāo)要求。而個別歐洲的艙底水分離器廠商已能將處理水排放含油量從15ppm降低至5ppm?？梢?，在國際海事環(huán)保、綠色造船的立法趨勢下，各港口國對船舶防污染裝置的排放要求在逐步提高，各船舶防污染設(shè)備供應(yīng)商也將圍繞技術(shù)、產(chǎn)品、市場等方位進(jìn)行日趨激烈的競爭。

1 船舶防污染技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1 船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)有的船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)是一種熱焚法處理技術(shù)。船舶廢棄物中的有機物質(zhì)和空氣中的氧氣在高溫下氧化熱解，生成廢氣排放，少量的不可燃物形成灰渣殘留下來。這種方法的優(yōu)點是能使船上的固液廢料快速變成少量灰渣，減量化、無害化程度高。它的缺點是焚燒生成廢氣會對環(huán)境造成二次污染。

廢棄物焚燒處理技術(shù)在用于處理城市垃圾已有百余年的歷史，而該技術(shù)在船舶上的應(yīng)用則始于上世紀(jì)七十年代。造船業(yè)發(fā)達(dá)國家按照73/78國際防污染公約所研制的船用焚燒爐，以挪威 TeamTec公司、丹麥ATLAS公司和日本SUMFLAME公司的產(chǎn)品占市場主流。目前，國內(nèi)的廠商也已開展此項研究，但因起步較晚，產(chǎn)品所占的市場份額有限。

主流市場的船用焚燒爐大致可分為三種類型：1）處理固體廢棄物的焚燒爐2）處理固體廢棄物和廢油的焚燒爐；3）處理固體廢棄物、廢油、廢水的焚燒爐。目前，前兩種類型的焚燒爐應(yīng)用較多。無論是哪種類型的焚燒爐，目前均采用PLC自動控制技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)中爐膛溫度、煙氣溫度與爐膛負(fù)壓間的平衡控制，達(dá)到安全、穩(wěn)定、可靠的運行。

第一種類型的船用焚燒爐，其結(jié)構(gòu)是由一個鋼制的雙層夾套外殼，內(nèi)襯絕熱材料和耐火磚組成的爐膛。爐膛周圍設(shè)有固體廢棄物加料門（間歇加料）或加料斗（可實現(xiàn)連續(xù)加料）、柴油燃燒器、電控箱、煙氣風(fēng)機。其特點是功能單一，僅可實現(xiàn)固體廢棄物的焚燒。

第二種類型的船用焚燒爐，是在第一種爐型的基礎(chǔ)上，在爐膛周圍增設(shè)了帶霧化汽源供給的污油燃燒器和污油計量裝置，在系統(tǒng)布置中增設(shè)廢油柜，在電控箱中增設(shè)污油焚燒自動控制，以實現(xiàn)廢油的儲存、輸送、噴射霧化焚燒功能。其優(yōu)點是即可實現(xiàn)固體廢棄物單燒，又可廢油單燒，還能實現(xiàn)固體廢棄物和廢油同時焚燒。

第三種類型的船用焚燒爐，在近些年的發(fā)展中，其功能得到了進(jìn)一步的突破，這也是市場主流廠商之一的挪威TeamTec公司船用焚燒爐產(chǎn)品的獨特創(chuàng)新點。此前的第三種類型船用焚燒爐的配置與第二種類型的船用焚燒爐一致，區(qū)別在于廢油柜中可注入需焚燒處理的廢水（污泥污水），通過沉淀放泄后，隨同廢油一起進(jìn)入爐膛焚燒處理。而實現(xiàn)技術(shù)突破后的第三種類型船用焚燒爐，則在此前的船用焚燒爐基礎(chǔ)上，在爐膛周圍增設(shè)了帶霧化汽源供給的艙底水燃燒器和艙底水計量裝置，在系統(tǒng)的布置中增設(shè)了艙底水柜?？蓪崿F(xiàn)固體廢棄物、廢油、廢水（污泥污水，艙底水）的焚燒處理。在船舶艙底水處理排放要求越來越高的今天，多了一條通過焚燒處理解決艙底水處理的途徑。技術(shù)突破后的第三種類型的船用焚燒爐，在推向市場后的幾年來正在為廣大用戶熟知，也越來越受青睞。其優(yōu)點是能實現(xiàn)固體廢棄物的單燒、廢油單燒，還能實現(xiàn)固體廢棄物和廢油、廢水三者同時焚燒。其缺點在于需要增設(shè)布置艙底水柜及其管路系統(tǒng)，用戶初投資將會有所增加。

1.2 船舶生活污水處理技術(shù)現(xiàn)狀

國內(nèi)現(xiàn)有的船舶生活污水處理技術(shù)主要有物化法、污水生物好氧降解-重力沉淀分離-殺菌消毒法、污水生物好氧降解-重力沉淀分離-膜過濾法等工藝技術(shù)。國外進(jìn)行船舶生活污水處理工藝及技術(shù)研究起源于上世紀(jì)六十年代，發(fā)展至今，目前比較流行的工藝主要有物化法（混凝沉淀及過濾）、生化法（活性污泥法及生物膜法）及電化學(xué)法。國外主要的廠商有丹麥ATLAS公司以物化法原理的AWW型裝置，英國HAMWORTHY公司以生化法原理的ST型裝置，美國及意大利的合資公司Severn Trent De Nora以電解法為原理的OMNIPURE裝置。

物化法工藝主要是將化學(xué)藥劑加入污水中進(jìn)行循環(huán)、粉碎、沉淀、消毒處理。這種工藝優(yōu)點是工藝簡單，裝置體積較小；缺點是沒有進(jìn)行生化反應(yīng)，對有機物的去除不夠徹底。

生化法工藝主要是通過微孔曝氣，利用污水中的好氧細(xì)菌將有機物質(zhì)降解生成二氧化碳和水，通過斜斗重力沉淀作用，分離出的清水通過撇渣器撇除浮渣后進(jìn)行殺菌消毒達(dá)標(biāo)排放，沉淀后的活性污泥一部分返回曝氣室維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡，殘余的污泥將定期定量排放，產(chǎn)生的二氧化碳直接逸氣排放。從而達(dá)到船舶生活污水處理的目的。該工藝的特點是：凈化效果好，但裝置體積較大。

電化學(xué)法工藝主要是通過電解原理，對污水進(jìn)行氧化和消毒，它是將混有海水的污水送入電解槽進(jìn)行電解，其產(chǎn)生的次氯酸是氧化劑和消毒劑，污水中的有機物被氧化，細(xì)菌被殺死，從而達(dá)到凈化污水的目的。該工藝方法的特點是裝置小，處理流程快，但操作維護(hù)復(fù)雜，運行費用高。

1.3 艙底水處理技術(shù)現(xiàn)狀

國內(nèi)現(xiàn)有的艙底水處理技術(shù)主要有重力分離法、吸附法、膜分離法，及其前三者間的組合。常見應(yīng)用有重力分離-吸附過濾工藝、重力分離-吸附粗過濾-膜分離精過濾工藝等。國外同類技術(shù)除前三種方法外，還有氣浮法、碟片分離法等。當(dāng)前市場上艙底水分離技術(shù)走在前沿的有瑞典JOWA公司、英國HAMWORTHY公司等。

重力分離是根據(jù)托克斯原理，利用油水的密度差對油水進(jìn)行重力分離，常見的結(jié)構(gòu)形式為采用斜板組，使得水流經(jīng)斜板組向下，油滴自由下而上上浮分離。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，對游離態(tài)的油水分離有較好的作用，但對乳化油水效果甚微。

吸附法是采用吸附材料對油水中的油滴進(jìn)行吸附分離，從而降低待處理水中的含油量。而吸附材料通常通過反沖的方式進(jìn)行吸附能力的恢復(fù)，但恢復(fù)后的吸附能力會逐次衰減，經(jīng)過一段時間應(yīng)用后會達(dá)到飽和，需進(jìn)行更換。這種方法的優(yōu)點是凈化效果好，但維護(hù)成本高。而不同的吸附材料對乳化油水分離效果也會有所不同，部分吸附材料具有一定的破乳能力。

膜分離法是通過膜組材料對經(jīng)過重力分離及吸附過濾后的含有微量含油量的油水進(jìn)一步深度處理的工藝。其特點是凈化效果好，但操作維護(hù)成本高，僅適宜深度處理和對游離態(tài)的油水有良好的分離效果。

2 現(xiàn)有船舶防污染設(shè)備技術(shù)存在的問題

2.1 船用焚燒爐技術(shù)存在的問題

現(xiàn)有的船用焚燒爐大多采用熱焚法技術(shù)，符合的國際規(guī)范為IMO MEPC.76（40）和MEPC.93（45）決議。該類設(shè)備的特點是可以快速地減量化、無害化形成灰渣，并將生成的廢氣直接排放。但還存在幾個問題未得到很好的解決。

首先，在倡導(dǎo)大氣污染防治的今天，廢氣中的氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）直接排放易對大氣環(huán)境造成二次污染；其次，船用焚燒爐預(yù)熱的燃料是輔助燃油，而現(xiàn)有船用焚燒爐其燃燒器中的輔助燃油供給裝置大多采用齒輪泵，結(jié)構(gòu)緊湊；燃油為船用柴油MDO，其所含的硫含量不低。而低硫含量的輕燃油MGO，則因粘度較低，若輔助燃油供給裝置仍采用齒輪泵，則將大大地影響其使用壽命。

同時，IMO新修訂的關(guān)于船用焚燒爐的MEPC.244（66）決議將焚燒爐的最大熱容量從1500kW提升至4000kW，現(xiàn)有最大規(guī)格的船用焚燒爐已不能適應(yīng)船舶向大型化方向發(fā)展的趨勢。

2.2 船用生活污水處理裝置技術(shù)存在的問題

現(xiàn)有的船用生活污水處理裝置大多采用的是生化法（活性污泥法技術(shù)）。該類裝置的特點是能徹底消除污染物，對環(huán)境不會造成二次污染。但生化法處理技術(shù)也存在一些問題：1）在設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)定運行操作前，需要對污水通過曝氣培菌，逐步建立穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，這對于部分操作者來說比較困難。若生態(tài)系統(tǒng)建立不完善，則處理效果大受影響；2）因船舶航行時處于搖擺、傾斜狀態(tài)，在早晚使用的高峰時段污水產(chǎn)生量為額定量的多倍，導(dǎo)致斜斗結(jié)構(gòu)中重力分離的污泥、澄清液分離效果不好，影響排放水水質(zhì)；3）船舶上的灰水、廚房廢水和洗衣廢水，其水量遠(yuǎn)大于黑水量，如果灰水也同時要求進(jìn)入裝置加以處理后排放，則該裝置體積將大大增加。而當(dāng)前船用生活污水處理裝置規(guī)范MEPC.159（55）沒有強制要求對灰水進(jìn)行處理，也沒有對氮、磷指標(biāo)提出控制要求。

2016年1月1日即將實施的適用于特殊區(qū)域客船的船用生活污水處理裝置的MEPC.227(64)決議對處理排放水水質(zhì)的氮、磷指標(biāo)提出明確的要求，同時對灰水處理進(jìn)行考量。隨著國際上環(huán)保意識的增強和環(huán)保法規(guī)的健全，灰水處理和氮、磷指標(biāo)排放控制必將走向?qū)嵈瑧?yīng)用。

2.3 艙底水分離器技術(shù)存在的問題

2004年IMO通過了MEPC107.（49）決議，該協(xié)議在2005年1月1日實施。在性能試驗條件中，除了原有的“A”液（重油）、“B”液（輕油）的試驗，增加了“C”液（油水乳化液）試驗的要求，并規(guī)定了制備“C”液的嚴(yán)格程序?，F(xiàn)有的艙底水分離器技術(shù)大多采用的是重力分離-粗過濾-精過濾技術(shù)。其存在的問題主要在于油水乳化液的處理沒能有效地解決，無論是吸附技術(shù)，還是膜分離技術(shù)，都不能很好地實現(xiàn)油水乳化液的破乳，因而需要定期地更換濾料及膜組件，增加操作維護(hù)的工作量及其成本。近年來，歐洲個別廠商稱已成功突破油水破乳技術(shù)，并取得了船級社的認(rèn)證，將排放水的指標(biāo)從15ppm降低至了5ppm。國內(nèi)廠商的艙底水分離器技術(shù)研究必須加快步伐，否則國產(chǎn)產(chǎn)品市場份額的穩(wěn)定將遭到破壞。

3 船舶防污染技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)的發(fā)展趨勢

船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)將在利用現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，向更深層次研究。

船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)的發(fā)展趨勢：一方面，船用焚燒爐煙道出口排放的廢氣經(jīng)尾氣凈化處理技術(shù)脫氮脫硫后排放，以降低排放廢氣對環(huán)境的二次污染，從環(huán)保的角度出發(fā)，這是一個發(fā)展趨勢；另一方面，船用焚燒爐核心部件之一的燃燒器技術(shù)需進(jìn)一步改良，從現(xiàn)有適用于中、低粘度燃油的齒輪柴油泵向螺桿泵發(fā)展。齒輪泵通過兩齒輪齒間嚙合，達(dá)到輸送燃油的目的，必要的燃油粘度是必須的，而低硫燃油MGO應(yīng)用的倡導(dǎo)，將大大地降低燃油的粘度，齒輪泵的嚙合齒若沒有足夠的潤滑，則大大地影響使用壽命。而螺桿泵則通過定子及轉(zhuǎn)子螺桿旋轉(zhuǎn)將燃油帶入容腔從而達(dá)到輸送燃油的目的，這種類型的燃油泵受燃油粘度的影響較小，但這類泵的外形結(jié)構(gòu)相對較大。故螺桿式燃油泵與燃燒器結(jié)合的技術(shù)也是一個發(fā)展趨勢。

另外，船用焚燒爐的焚燒處理產(chǎn)生的廢熱是很可觀的，而由于受船舶艙室空間限制，這部分廢熱的再利用一直不為大家所重視。隨著能源循環(huán)利用技術(shù)快速發(fā)展，汽車尾氣廢熱發(fā)電用于汽車發(fā)動能源尚已研究，焚燒廢熱再利用更應(yīng)如此。同時，耐火保溫綠色環(huán)保材料的應(yīng)用、煙氣風(fēng)機變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用、溫度壓力精準(zhǔn)控制技術(shù)等的新技術(shù)融合應(yīng)用，將會使船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)實現(xiàn)新的突破。

3.2 船舶生活污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢

船舶生活污水處理技術(shù)的發(fā)展應(yīng)依托現(xiàn)有成熟技術(shù)，結(jié)合新處理要求和指標(biāo)要求，進(jìn)一步改良和完善。

船舶生活污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢：一方面，為符合現(xiàn)行IMO MEPC.159（55）決議要求，現(xiàn)有的生化法生活污水處理技術(shù)將在生物降解技術(shù)基礎(chǔ)上，通過斜斗將泥液重力分離后，再對分離后的澄清液直接加藥消毒后排放或?qū)Ψ蛛x后的澄清液通過膜組件精過濾后排放。此生化法的生態(tài)系統(tǒng)若建立不善，將直接導(dǎo)致排放水不能達(dá)標(biāo)，或污染膜組件帶來維護(hù)工作和成本。故電化學(xué)法替代生化法的污水處理技術(shù)有了進(jìn)一步研究的需求，其相較于生化法的優(yōu)點是處理流程快、可間歇運行，這是一種發(fā)展趨勢。另一方面，在生化法的基礎(chǔ)上，改良加入曝氣室內(nèi)提升接觸氧化能力的載體，進(jìn)一步有效地提高有機物質(zhì)的生化降解能力，再利用斜斗泥液分離后，通過加藥的方式殺死細(xì)菌并有效去除或降低澄清液中磷的含量，以滿足氮、磷指標(biāo)要求。

3.3 艙底水分離技術(shù)的發(fā)展趨勢

盡管艙底水分離器產(chǎn)品的國際規(guī)范還沒有修訂，仍實施MEPC.107（49）決議，但在國外廠商已率先研究突破艙底油水破乳技術(shù)的前提下，用戶對更高處理性能產(chǎn)品的需求應(yīng)運而生。這顯然成了各艙底水分離器廠商研究的方向和目標(biāo)。

截止目前，稱已成功研制排放含油量達(dá)到5ppm的國外廠商有一兩家，采用的處理技術(shù)為碟式分離法。碟式分離法的應(yīng)用在油水分離行業(yè)并不陌生，但更多見用于通過高速離心分離將少量水從大量的油中進(jìn)行分離，與艙底水處理的油水分離有所區(qū)別。同時碟式分離也是物理法中的一種，對于油水的破乳能力有限。艙底水分離器的處理工藝則應(yīng)考慮針對原有的斜板重力分離-吸附過濾-膜分離技術(shù)，采取有效措施解決破乳方案，故新材料的應(yīng)用研究是一發(fā)展方向。同時，陸用油水分離中氣浮法破乳技術(shù)應(yīng)用已非常成熟，相對于船舶應(yīng)用，則需小型緊湊化改良，如能成功應(yīng)用也是一大突破，故該工藝的應(yīng)用研究也是一發(fā)展趨勢。

4 結(jié)束語

結(jié)合IMO新規(guī)范和決議的要求，針對現(xiàn)有船舶防污染技術(shù)領(lǐng)域中船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)、生活污水處理技術(shù)、艙底水分離技術(shù)中存在的一些問題，探討了這些技術(shù)的發(fā)展趨勢。需要進(jìn)一步深化研究，以符合國際海事立法關(guān)于向環(huán)保、綠色船舶發(fā)展的趨勢。

[1]IMO.IMO MARPOL 73/78 MEPC.76(40)[S].1997.

[2]IMO.IMO MARPOL 73/78 MEPC.93(45)[S].2000.

[3]IMO.IMO MARPOL 73/78 MEPC.244(66)[S].2014.

[4]IMO.IMO MARPOL 73/78 MEPC.159(55)[S].2006.

[5]IMO.IMO MARPOL 73/78 MEPC.227(64)[S].2012.

[6]IMO.IMO MARPOL 73/78 MEPC.107(49)[S].2003.

[7]白韜光.艦舶防污染技術(shù)新進(jìn)展[J].機電設(shè)備,2006(6):1-3.

[8]孟崢嶸,王春明.船用焚燒爐技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].交通科技,2012(1):104-106.

[9]王金業(yè).船用焚燒爐的選型[J].綠洲技術(shù),1994:18-20.

Technical Status and Trend of Marine Anti-pollution Technology

PAN Liang-gao
(Navy Representative Office at Aerospace Electromechanical System in Nanjing District,Nanjing 210003,China)

This paper introduces the status of technologies of marine waste incineration,domestic sewage treatment and bilge water treatment in the field of marine anti-pollution.It analyses the existing problem in marine anti-pollution equipment technology and further discusses on the development trend of marine anti-pollution technology.

anti-pollution technology; solid garbage; waste oil; waste water; domestic sewage; bilge water

X736.3

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.05.010

潘良高（1965-），男，高級工程師。研究方向：艦船機電設(shè)備監(jiān)造及發(fā)展研究。