船舶灰水管理關(guān)鍵技術(shù)及排放控制

上海海事局崇明海事局 陳 海 胡 樂 楊 強(qiáng)

中國(guó)船舶集團(tuán)第七〇四研究所 王國(guó)棟

2006年10月，IMO海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)通過的MEPC.159(55)決議第一次將船舶灰水定義為“排出的洗碟水、淋浴水、洗衣水、洗澡水以及洗臉?biāo)取薄?018年，環(huán)境保護(hù)部第8號(hào)公告《船舶水污染防治技術(shù)政策》中將船舶灰水納入船舶生活污水的范疇，并嚴(yán)格定義為“來自洗碗水、廚房水槽、淋浴、洗衣、洗澡池和洗手池下水道的排水，不包括來自貨物處所的排水”。雖然國(guó)際海事組織和國(guó)內(nèi)主管機(jī)關(guān)明確了船舶灰水的定義，但一直以來缺少對(duì)船舶灰水排放控制的明確規(guī)定。

近年來船舶灰水中微型塑料、合成洗滌劑、纖維等對(duì)海洋水體和生物的危害日益凸顯，營(yíng)運(yùn)船舶的灰水管理和排放控制，在國(guó)際會(huì)議上被廣泛討論。北歐多國(guó)多次將灰水的相關(guān)研究成果編寫成提案提交國(guó)際海事組織，可以預(yù)想船舶灰水排放和監(jiān)管接下來必將成為國(guó)際公約和國(guó)內(nèi)相關(guān)法律法規(guī)的一個(gè)關(guān)注點(diǎn)。目前，海事管理機(jī)構(gòu)、航運(yùn)企業(yè)、科研院校在提案、法律法規(guī)制定、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究等方面尚未形成統(tǒng)一的意見。因此開展?fàn)I運(yùn)船舶灰水管理關(guān)鍵技術(shù)、灰水中各成分處理方式和排放標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)海事管理機(jī)構(gòu)監(jiān)管對(duì)策研究迫在眉睫。

船舶灰水處理現(xiàn)狀

1、灰水分類和危害

船舶灰水雖然納入了船舶生活污水的范疇，但目前還不像“黑水”一樣受到嚴(yán)格的監(jiān)管，但是其依然會(huì)給水環(huán)境和人體健康帶來危害。根據(jù)排出處所和主要成分的不同，灰水大致可以分為廚房灰水和洗滌灰水兩大類。

1.1 廚房灰水

廚房灰水的成分根據(jù)船員飲食習(xí)慣會(huì)有較大差異，但是主要還是包含了大量有機(jī)物（淀粉、糖類等）、動(dòng)植物油脂、懸浮固體、氮磷等無機(jī)鹽類、各種微生物和洗滌劑等污染物質(zhì)。廚房灰水的主要危害可以分為物理和化學(xué)兩個(gè)方面，其中物理方面主要包括：

1)廚房灰水中存在著大量的懸浮固體，排入水體后，這些懸浮固體不僅會(huì)極大地影響水的純凈度，還會(huì)成為吸附有害物質(zhì)和細(xì)菌的“溫床”；

2)油脂也是一大污染源，油脂一方面容易吸附在管道等物體表面，堵塞管道，另一方面，若油脂排入自然水體，更會(huì)形成油膜，阻止空氣中的氧氣向水體滲透，阻礙水生植物的光合作用，最終導(dǎo)致水體溶解氧量降低，自凈能力下降。

其化學(xué)方面主要包括：

1)洗滌劑的污染。洗滌劑中的直鏈烷基苯磺酸鈉（LAS）與油脂等疏水性有機(jī)物接觸發(fā)生乳化作用，分散污染物面積，還會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，阻礙氧氣的溶解和水生植物的光合作用，使水體的自凈能力下降、水質(zhì)變壞。另外，少量洗滌劑中還會(huì)含有易使水體富營(yíng)養(yǎng)化的磷化物以及對(duì)水體動(dòng)植物均有危害的含氯漂白劑；

2)灰水中存在較多的有機(jī)物，為了分解這些有機(jī)物，溶解氧大量消耗，當(dāng)消耗的量大于補(bǔ)充的溶解氧時(shí)，水體將逐漸缺氧，厭氧菌滋生，最終使水體發(fā)黑發(fā)臭。

1.2 洗滌灰水

洗滌灰水主要包含有衣物纖維、皮脂類及其他固體污垢、細(xì)胞微生物以及各種洗滌劑等污染物質(zhì)，其中洗滌劑是洗滌灰水的主要污染成分。相比廚房灰水，洗滌灰水由于水量較大，污染程度相對(duì)較低。值得一提的是，洗滌廢水的各種細(xì)胞微生物中還會(huì)存在一定數(shù)目的大腸桿菌群和病毒等，對(duì)動(dòng)物和人體有著一定的危害，容易造成疾病的傳播。

2、灰水處理工藝

雖然船舶灰水污染程度相對(duì)較低，但是其數(shù)量遠(yuǎn)大于“黑水”。一些國(guó)家和地區(qū)在IMO排放標(biāo)準(zhǔn)上制定了更加嚴(yán)格的船舶生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)，并且要求船舶應(yīng)對(duì)灰水處理達(dá)標(biāo)后方可排放，我國(guó)制定的《船舶水污染防治技術(shù)政策》中也提到，應(yīng)逐步實(shí)施灰水管控。目前適用于船舶灰水的處理工藝對(duì)比見表1。

表1 船舶灰水處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)

生化處理法是目前船舶灰水處理的主要方法和研究方向，其在操作、維護(hù)、成本和處理水質(zhì)等方面都具有良好的效果。目前使用較多的膜-生物法（Membrane Bio-Reactor，簡(jiǎn)稱MBR），集微生物的降解作用和膜的高效截留作用于一體，具有出水水質(zhì)好、適應(yīng)性廣、懸浮固體去除效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。

船舶灰水管理研究

1、灰水處理裝置設(shè)計(jì)

1.1 裝置設(shè)計(jì)原理

從船舶灰水的組成分析，其中主要有蛋白質(zhì)、淀粉、油脂等，且濃度不小于150mg/L，具有較好的生化性，因此國(guó)內(nèi)已有中船重工704所、江蘇南極等國(guó)內(nèi)防污染設(shè)備廠家采用MBR工藝處理黑水、灰水且出水指標(biāo)已滿足GB/T 18920-2002《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》要求。

船舶灰水處理工藝主要包括預(yù)處理、生化處理、超濾膜等流程，如圖1所示。其中各流程主要功能是：

圖1 灰水處理MBR法工藝流程圖

1)灰水預(yù)處理通過撇油器和毛發(fā)過濾器兩個(gè)裝置完成，主要用于去除廚房灰水中的油脂和洗滌灰水中的毛發(fā)；

2)生化反應(yīng)段主要利用混合液中的活性污泥來降解灰水中的大部分BOD及SS；

3)超濾膜過濾段主要用于混合液固液分離及清污分離，出水除大腸桿菌指標(biāo)外其他均可滿足當(dāng)前IMO國(guó)際公約的排放要求；

4)深度處理段主要用于去除色度、嗅味、濁度及表面活性劑等；

5)消毒段主要用于去除水中的細(xì)菌、病毒等治病微生物，確保出水不會(huì)造成二次污染。

1.2 裝置組成和功能

MBR型灰水處理裝置（以外置式膜組件為例）一般由裝置本體、供氣組件、排放組件、循環(huán)組件、電控組件、膜組件組成。單臺(tái)裝置設(shè)計(jì)處理能力滿足50-500人。典型MBR型生活污水處理裝置（見圖2）。

圖2 典型MBR型生活污水處理裝置（外置式）

1)裝置本體，主要為灰水提供收集和處理的場(chǎng)所；

2)供氣組件，為裝置本體內(nèi)的灰水提供生化反應(yīng)所需的氧氣；

3)排放組件，用于處理后灰水的排放或轉(zhuǎn)駁；

4)循環(huán)組件，該組件將混合液增壓后泵入膜組件中，滿足超濾的條件；

5)膜組件，用于混合的清污分離，清水滿足排放要求；

6)電控組件，用于控制裝置上的運(yùn)動(dòng)部件。

1.3 裝置組成參數(shù)計(jì)算

1)裝置單位時(shí)間處理量

船舶灰水處理裝置單位時(shí)間內(nèi)處理量與船員或乘客每日產(chǎn)生量、人數(shù)和設(shè)備間歇運(yùn)行時(shí)間有關(guān)

2)反應(yīng)器的容積

反應(yīng)器容積與每小時(shí)處理量和處理時(shí)間有關(guān)。

2、船舶灰水管理計(jì)劃

船舶灰水在整個(gè)船舶污水中的占比達(dá)70%～75%，如統(tǒng)一在船上處理勢(shì)必增加船上投資及運(yùn)行成本。因此，船舶需結(jié)合船舶航行區(qū)域、船上人員數(shù)量及船舶用途等特點(diǎn)，從提高處理效率、節(jié)約淡水資源以及降低海洋污染的角度，可以按照以下原則對(duì)營(yíng)運(yùn)產(chǎn)生的灰水實(shí)施有效的管理：

1)分類收集。船舶可以分別鋪設(shè)收集系統(tǒng)管路將廚房灰水和洗滌灰水分別收集至對(duì)應(yīng)得裝置進(jìn)行預(yù)處理，提高后續(xù)工藝處置效率；

2)精準(zhǔn)處理。經(jīng)過預(yù)處理的灰水匯總后分別通過生化反應(yīng)、超濾膜過濾、消毒、深度處理等對(duì)灰水中各危害成分實(shí)施精準(zhǔn)處理；

3)循環(huán)再用。船舶灰水相比生活污水是更好的優(yōu)質(zhì)回用水源，可以考慮對(duì)船舶灰水進(jìn)行處理后回用，不僅能減輕污水排放對(duì)海洋環(huán)境的污染，還能實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，尤其是對(duì)遠(yuǎn)洋航線且載客較多的客船、行駛在特殊海域的船舶，具有重要的意義；

4)達(dá)標(biāo)排放。需要排放的船舶灰水應(yīng)嚴(yán)格遵守國(guó)際公約或地方法律中灰水排放控制的要求。

船舶灰水排放控制研究

1、灰水排放方式分析

目前國(guó)際公約及國(guó)內(nèi)法律、法規(guī)對(duì)船舶灰水無明確排放要求，因此可參考生活污水的排放要求，具體見表2。

表2 生活污水排放控制要求

2、灰水控制排放標(biāo)準(zhǔn)

2.1 船舶生活污水的排放標(biāo)準(zhǔn)

船舶生活污水作為IMO主要控制的排放污染物，除國(guó)際公約要求外，世界主要國(guó)家對(duì)生活污水的排放均有更加詳細(xì)的指標(biāo)要求，具體詳見表3。

表3 各國(guó)污水排放標(biāo)準(zhǔn)

可以看出，近年來船舶生活污水的排放指標(biāo)不斷升級(jí)，國(guó)內(nèi)外的主流控制指標(biāo)項(xiàng)目基本一致，后續(xù)可以預(yù)見氮、磷指標(biāo)也將作為常規(guī)指標(biāo)項(xiàng)進(jìn)行控制要求。

2.2 船舶灰水的排放指標(biāo)

從原水水質(zhì)看，廚房灰水中含有蛋白質(zhì)、淀粉、油脂等有機(jī)物，這類物質(zhì)的控制指標(biāo)與生活污水一致，仍為：CODcr、BOD5、TSS、PH、大腸菌群數(shù)、氨氮、總氮、總磷。

洗滌灰水則有區(qū)別，主要由人體皮膚分泌物、毛發(fā)、污垢、合成洗滌劑和香料以及細(xì)菌、真菌等，含磷較高，濁度高，有濃烈的芳香氣味。

考慮到陸上對(duì)于回用水根據(jù)其功能已有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，因此建議借鑒GB/T 18920-2002《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》中的城市雜用水指標(biāo)，具體增加內(nèi)容分析如下：

1)色/度。該指標(biāo)主要表征處理后水的顏色。對(duì)于直接排放的處理后污水則無需此項(xiàng)指標(biāo)，但對(duì)于回用的處理后污水該項(xiàng)指標(biāo)影響人的感官認(rèn)識(shí)；

2)濁度/NTU。該指標(biāo)指溶液對(duì)光線通過時(shí)所產(chǎn)生的阻礙程度，與水中的懸浮物濃度相關(guān)。對(duì)于直接排放的處理后污水則無需此項(xiàng)指標(biāo)，因?yàn)镾S已表征；但對(duì)于回用的處理后污水該指標(biāo)則是水質(zhì)懸浮物的更高要求，原則上濁度指標(biāo)可以包含SS；

3)嗅。該項(xiàng)指標(biāo)指物質(zhì)所散發(fā)的氣味。對(duì)于直接排放的處理后污水則無需此項(xiàng)指標(biāo)，但對(duì)于回用的處理后污水該項(xiàng)指標(biāo)影響人的感官認(rèn)識(shí)；

4)溶解性總固體。該指標(biāo)指水中溶解的總固體量。對(duì)于直接排放的處理后污水則無需此項(xiàng)指標(biāo)；當(dāng)處理后的污水用于回用時(shí)，勢(shì)必引入回用水管道進(jìn)行輸送，溶解性總固體含量過高則容易在管道內(nèi)部沉積、結(jié)垢，因此有必要控制此項(xiàng)指標(biāo)；

5)陰離子表面活性劑。該指標(biāo)用于衡量水中陰離子表面活性劑的含量。目前常用的陰離子表面活性劑有LAS（烷基苯磺酸鹽，主要應(yīng)用在洗衣粉中）、AES（脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，主要應(yīng)用在香波、洗滌劑中）、MES（脂肪酸甲酯磺酸鹽，主要應(yīng)用在洗滌劑中），有資料顯示上述三種活性劑的28天生物自然去除率最大為84%，因此即使處理后排放也應(yīng)該增加該項(xiàng)指標(biāo)。

綜上，船舶灰水由于在原水水質(zhì)上與生活污水有差別，即使處理后直接排放仍不可完全套用原有標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)應(yīng)進(jìn)一步開展標(biāo)準(zhǔn)方面的研究。

本文分析了船舶的灰水危害成分和可適用船舶的灰水處理工藝，提出了一種可適用于船舶灰水處理的整體可行方案，主要包括預(yù)處理、生化處理、膜過濾、中水回用以及達(dá)標(biāo)排放等。同時(shí)，分析國(guó)內(nèi)外船舶生活污水排放的標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)船舶灰水的水質(zhì)，提出了船舶灰水排放控制指標(biāo)，為今后制定船舶灰水排放控制的相關(guān)公約提供研究基礎(chǔ)。綜上所述，得出以下結(jié)論：

1)基于MBR原理的灰水處理工藝雖然受限于膜污染不可逆等運(yùn)行成本，但仍然優(yōu)于現(xiàn)有其他灰水在船處理工藝，應(yīng)用前景廣闊；

2)為降低膜污染，提高生物膜的使用壽命，需對(duì)船舶灰水進(jìn)行撇油、除殘?jiān)⑷ッl(fā)和纖維的預(yù)處理，提高后續(xù)處置工藝的效能；

3)船舶灰水管理應(yīng)結(jié)合船舶實(shí)際，可按照分類收集、精準(zhǔn)處理、循環(huán)再用、達(dá)標(biāo)排放等原則實(shí)施；

4)經(jīng)過處理的灰水達(dá)到雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)可回用，可以提高此類船舶的淡水自持力，實(shí)現(xiàn)船舶淡水資源的循環(huán)利用，不但具有環(huán)保效益，也具有一定的經(jīng)濟(jì)效益；

5)根據(jù)船舶灰水成分的危害性，其今后排放控制不僅局限于對(duì)CODcr、BOD5、TSS等常規(guī)指標(biāo)，也應(yīng)對(duì)色、濁度、溶解性總固體等指標(biāo)進(jìn)行有效控制。

商船三井未來將投近千億元人民幣引入200艘LNG動(dòng)力船和零排放船

日本商船三井就脫碳化制定了目標(biāo)，將在未來15年投資近千億元人民幣引入200艘LNG動(dòng)力船和零排放船，并確定了從LNG燃料過渡到氨燃料的下一代零碳燃料的選擇路線。

2021年6月18日，商船三井發(fā)表“環(huán)境愿景2.1”，提出到2050年實(shí)現(xiàn)溫室氣體零排放的目標(biāo)，并正在加速燃料轉(zhuǎn)型。商船三井社長(zhǎng)橋本剛表示，在2020年代該公司將以LNG動(dòng)力船為中心，2030年之后則將使用氨氣、氫氣和合成甲烷等新燃料，向零排放航運(yùn)邁進(jìn)。

按照計(jì)劃，商船三井將在2030年之前投入90艘LNG動(dòng)力船，投資總額預(yù)計(jì)約為7000億日元(約合人民幣409.93億元)。從2020年代中期，商船三井將開始運(yùn)營(yíng)氨燃料、氫燃料的遠(yuǎn)洋船舶，到2035年將凈零排放船舶的數(shù)量擴(kuò)大到110艘，從而使溫室氣體排放量相比2019年削減45%。此前一直是主流的重油燃料船舶數(shù)量也將在2035年減少到大約一半。