船用无排放型生活污水处理装置设计开题报告

PAGEPAGE5综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.1国内外研究现状船舶生活污水处理技术基本沿用岸上的水处理技术尤其是城市生活污水的处理技术并随着水处理技术的发展而不断更新。产品主要有英国哈姆沃西公司的生化法处理装置、丹麦阿特拉斯公司的物化法处理装置和美国的电解法处理装置。国内针对船舶生活污水处理装置的研制开始于20世纪70年代末期以上海船设备研究所为代表，先后开发了WCC、WCF、WCH和WCV等型号产品REF_Ref32509\w\h[3]。其他还有一些从国外设备吸收转化开发的污水处理装置，如南京绿洲机器厂的ST系列（从英国哈姆沃西公司引进）和重庆大晃康达环保公司的SBT系列（从日本大晃机械工业株式会社引进）。整体而言，国内针对船舶生活污水处理技术的研究，主要是再循环处理系统、湿空气氧化系统、膜分离器处理污水系统和蒸发——焚烧系统等一些转化开发系统。1.再循环处理系统考虑到经济性，一般大型船舶常将厕所废物集中处理。目前国外许多船舶已采用此系统。应用再循环处理系统，要求船上能提供再生处理废水作为冲淡水，此系统必须提供足够的变色剂和控制气味，固体分离，化学氧化剂和消毒剂。可能的话，还有氨排放。为防止冲淡水中生成氨和溶解有机物，可采用活性碳吸附。典型的再循环处理系统如图1所示。再循环系统使废水变为再生水，因而扩大了收集器容量且结构紧凑。但运转费用昂贵，所以要求最后排除废物，处理厕所废水REF_Ref32049\w\h[8]。图1典型的再循环处理系统2.湿空气氧化系统废物焚烧采用湿空气氧化法，湿空气氧化法可处理船上各种垃圾和生活污水。此法利用湿状态下的氧化作用，让废物在高压下，不产生液体，蒸发时废物的温度能达到有机物的着火点。此系统工作在约废水预处理是在废物泵出之前用切碎泵碎粒。在加压情况下，废水与空气混合，经过热交换器增加废物的温度，再在高压下输送到反应堆，在反应堆里发生氧化反应后温度进一步上升，此时生成的气体和蒸汽从液体中分开，然后经过催化气体净化器排至大气。液体中氧化后的无毒灰靠沉淀分离或过滤后排出。处理后的水基本达到排放标准，此水还可作厕所冲淡水REF_Ref32049\w\h[8]。湿空气氧化系统的显著特点是，不仅能处理废水中各种有机物及细菌，还能处理混合废物，且只产生少量可移出的固体废物。输入能量小，结构紧凑，一般3.28m/d只占1.36m的空间。但湿空气氧化系统要求维持高温高压，因而控制技术要求高，管理困难，同时溶液稀释后有机物处理不完全，一次性投资较大。生物处理系统因体积大，重量大，操纵技术难度大且排污质量不稳定，常常被人们所忽视。图2船舶生物氧化废水处理系统3.膜分离器处理污水系统膜生物反应器（membranebio-reactor，MBR）是膜分离与生物处理相结合的新兴污水处理技术通常由反应器内好氧细菌降解生活污水中有机物、硝化细菌氧化氨氮、膜分离技术强化分离、增强反应器功能等。MBR由生物膜移动床和水下膜分离反应器组合成，通过控制曝气比产生厌氧、缺氧及好氧等条件。目前应用于实际生产的主要有好氧膜生物、A/0膜生物、A2/0膜生物等工艺REF_Ref365\w\h[9]。MBR具有设备紧凑、自动化程度高、污泥产生量小、出水水质好等优点，广泛用于旧船改造和新型船舶的装备上。由于生物膜高效截留，出水可以直接进行回用，因此MBR在生化法处理船舶生活污水中是最有前途的反应器，如图3所示。MBR不但起渗透分离作用，而且表面的生物膜也参加了化学反应。研究表明:去除污水中的有机物依靠微生物的新陈代谢，微生物的浓度越高，有机物去除能力越强:膜生物反应器可将传统的污泥质量浓度由2000g/L提高到6000mglL;有机物去除能力为传统污水处理的5~7倍同时，由于膜高效截留作用，MBR出水悬浮物接近于0，细菌总指标优于饮用水标准，COD和氨氮去除率可分别达95%。图3舰船污染物处理技术措施4.蒸发——焚烧系统厕所废水，或者生活污水可用蒸发收集为无毒的、可泵出的废水。要求用收集器收集废物或用收集器和焚烧系统组成整体结构来处理，蒸发器是处理的主要部件，如图4所示。蒸发所用热能可由电能、燃油、丙烷蒸汽锅炉的废热、主机的废热得到，废物在船上焚烧炉中焚烧。此系统显然容易得到废热，且占地小。但因存水多，燃烧需大量燃料而且臭气量是主要问题，故需空气污染控制设备REF_Ref32049\w\h[8]。图4典型的焚烧厕所1.2选题依据及意义随着航运业和海洋开发的空前发展，海洋环境的污染也越来越严重，船舶作为内河航运中的交通工具，也是一种流动污染源，船舶生活污水的排放对内河水环境及湖泊，水库的影响，随着船舶数量的增加不容忽视。针对船舶生活污水的处理，国内外都开展了相关研究工作，并开发了各种类型的船舶生活污水处理装置，但各类处理装置的开发，大多基于城市生活污水处理工艺的应用实践而进行的小型化搬用或套用。因此在应用中暴露出装置体积大、运行不稳定及出水超标等问题门。其原因在于，目前国内外对船舶生活污水的污染特征研究较少，尤其是缺乏针对船舶生活污水水量及水质特征的系统调查和分析研究REF_Ref2311\w\h[5]。船舶上产生生活排水的卫生设备有大便器（槽）、小便器（槽）、洗手盆、洗脸盆、淋浴器、洗涤盆、洗衣机等。为使船舶生活污水得到处理，首先必须将各种排水收集起来，然后输送到船用卫生装置（MSD.MarineSanitationDevice，为接受、储存、处理或排放污水的任何设备，以及处理污水的任何方法）。MSD中所选用的处理方法，对污水收集系统有重要的影响。如果MSD既能处理粪便污水又能处理淋浴、洗涤、洗衣和厨房的排水，则收集系统可以简化。即如果不能使粪便污水与其他排水分开，则应选择能处理所有排水的MSD。《船舶生活污水防污染则》规定，除特殊情况，禁止船直接向限制海域排放生活污水。船生活污水的处理主要是收集存储和港口接收，并经处理装置处理达标后排放。船舶生活污水处理常见的方法有生物化学处理、物理化学处理和电化学处理。生物化学处理大多是活性污泥法利用活性污泥的特性在合适的环境下吸收污水中的有机物，通过细菌的消化分解作用，使有机物一部分分解为水、二氧化碳等无害物质，还有一部分转化成为活性污泥的细胞物质再次循环利用，处理后的液体经消毒后排出REF_Ref1129\w\h[2]。物理化学处理利用物理方法对污水进行固液分离，然后加入具有絮凝作用的化学药剂，使污水得到净化。电化学处理在海水中混合污水，电解产生氧化剂杀，并对有机物进行化解国外对船舶生活污水处理工艺技术的研究较早，主要是由最先加入MARPOL73/78公约附则V的一些国家进行的研究。从船舶生活污水处理工艺的发展过程来看，其工艺技术基本上是沿用陆上污水处理术，特别城市生活污水处理技术。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题目前船舶生活污水处理装置采用的工艺仍主要是生化法、物化法、电化学法等，但到现在为止仍没有一种公认的理想工艺。国内针对船生活污水处理装的研制开始于20世纪70年代末期，以上海船设备研究所为代表，该所已先后开发了物理-化学法处理生活污水的WCF型系列装置，具有粉碎、毒、存功能的生物法处理生活水的WCB系列装置，以及生化法处理生活污水处理装置，并研制开发了与生活污水真空收集系统、（每人每天产生污水量仅10L）配套的处理高浓度生活污水的WCV型二生化处理装置。果然这些设备均通过了船检部门的型式认可，但在实际使用过程中所出现的比较中的间题是:处理装置体积较大，耐冲击负荷能力差，处理效果不稳定，操作维修不方便，加之监管不严，很多设备闲置不用。总体来讲，理想的船舶生活污水处理装置应具有以下特点:1、耐水质及水变化能力强，2、受船舶运动效应影响小，处理过程稳定且效率较高;3、体积小、占地少、造价低，易于安装;4、起动及停止后恢复快，不需特殊维护;5、安全美观，人机界面友好，操作管理简单;6、结构合理，可靠耐用，使用寿命长。现行船舶上的生活污水处理装置主要为生化处理型装置，可以考虑在原有设备基础上进行改进，既能发挥生化处理型船用生活污水处理技术能耗小的优点，又能利用原有设备，降低改造成本REF_Ref1129\w\h[2]。三、研究步骤、方法及措施1.收集、整理相关文献，熟练掌握机械设计基础和PLC控制系统，做出设计方案，对各种方案进行比较，选出最优方案，做好设计准备。2.使用CAD等软件绘出各装置模拟图，掌握工作过程。3.设计无排放型生活污水处理装置在船舶的应用设计，与船上厕所下水道粪便污水管道连接和控制、监测和排放报警装置结合的系统设计，让系统设计能针对船舶生活污水出口的排放指标进行监测，防止生活污水排放水质不达标，对生态环境造成污染，有助于解决船舶生活污水排放污染问题。采用PLC控制系统，其对于电器控制系统抗干扰能力很强，在船高高湿、强动、多腐的工作环境中可靠性很高，通过加装各种模块可增强其功能。选用现场控制PLC和上位机PC构成控制系统，系统控制由PLC完成，提高了系统的自动化程度和可靠性REF_Ref1129\w\h[2]。现场输入输出信号由控制器进行处理，并通过通讯模块与上位机通信，对其工况进行监控。系统控制程序可采用模块化结构，主程序设定运行参数并控制于程序的运行。为了保证整个污水处理装置的可靠运行，控制系统可对各个设备的工况信号进行处理，出现故障时向机舱监控报警系统发出报警信号，提醒轮机员及时处理。四、参考文献胡芝悦，钟登杰，邓胡飞，王立同.船舶生活污水处理进展及发展趋势[J].重庆理工大学学报（自然科学），2014，28（12）:64-70.徐炳香，茅陈松，项卫东.船舶生活污水处理现状分析与技术改进[J].中国水运（下半月），2011，11（06）:18-19.原培胜，白振光.船舶生活污水处理新技术及发展方向[J].船海工程，2010，39（06）:41-43.王晓侠.舰船生活污水排放面临的问题及解决措施[J].船舶工程，2010，32（05）:23-26.DOI:10.13788/ki.cbgc.2010.05.005.董良飞，何桂湘.船舶生活污水水量及水质特征研究[J].给水排水，2006（02）:72-76.DOI:10.13789/ki.wwe1964.2006.02.021.董良飞，徐红，关卫省.船舶生活污水特性及处理装置研究[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2005（04）:536-539.董良飞，蔡慧萍，王经宇，关卫省.船舶生活污水处理技术研究[J].建筑科学与工程学报，2005（02）:94-98.周长城.船舶生活污水处理系统现状及趋势[J].武汉造船（武汉造船工程学会会刊），1989（05）:32-37.马如中，何丽君，张百祁，周能芹.膜分离技术在船用生活污水处理装置上的应用[J].船海工程，2010，39（06）:4-6+9.五、研究工作进度：1.2022.11.23-2