船用無排放型生活污水處理裝置設(shè)計開題報告

PAGEPAGE5綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀船舶生活污水處理技術(shù)基本沿用岸上的水處理技術(shù)尤其是城市生活污水的處理技術(shù)并隨著水處理技術(shù)的發(fā)展而不斷更新。產(chǎn)品主要有英國哈姆沃西公司的生化法處理裝置、丹麥阿特拉斯公司的物化法處理裝置和美國的電解法處理裝置。國內(nèi)針對船舶生活污水處理裝置的研制開始于20世紀70年代末期以上海船設(shè)備研究所為代表，先后開發(fā)了WCC、WCF、WCH和WCV等型號產(chǎn)品REF_Ref32509\w\h[3]。其他還有一些從國外設(shè)備吸收轉(zhuǎn)化開發(fā)的污水處理裝置，如南京綠洲機器廠的ST系列（從英國哈姆沃西公司引進）和重慶大晃康達環(huán)保公司的SBT系列（從日本大晃機械工業(yè)株式會社引進）。整體而言，國內(nèi)針對船舶生活污水處理技術(shù)的研究，主要是再循環(huán)處理系統(tǒng)、濕空氣氧化系統(tǒng)、膜分離器處理污水系統(tǒng)和蒸發(fā)——焚燒系統(tǒng)等一些轉(zhuǎn)化開發(fā)系統(tǒng)。1.再循環(huán)處理系統(tǒng)考慮到經(jīng)濟性，一般大型船舶常將廁所廢物集中處理。目前國外許多船舶已采用此系統(tǒng)。應(yīng)用再循環(huán)處理系統(tǒng)，要求船上能提供再生處理廢水作為沖淡水，此系統(tǒng)必須提供足夠的變色劑和控制氣味，固體分離，化學(xué)氧化劑和消毒劑?？赡艿脑挘€有氨排放。為防止沖淡水中生成氨和溶解有機物，可采用活性碳吸附。典型的再循環(huán)處理系統(tǒng)如圖1所示。再循環(huán)系統(tǒng)使廢水變?yōu)樵偕蚨鴶U大了收集器容量且結(jié)構(gòu)緊湊。但運轉(zhuǎn)費用昂貴，所以要求最后排除廢物，處理廁所廢水REF_Ref32049\w\h[8]。圖1典型的再循環(huán)處理系統(tǒng)2.濕空氣氧化系統(tǒng)廢物焚燒采用濕空氣氧化法，濕空氣氧化法可處理船上各種垃圾和生活污水。此法利用濕狀態(tài)下的氧化作用，讓廢物在高壓下，不產(chǎn)生液體，蒸發(fā)時廢物的溫度能達到有機物的著火點。此系統(tǒng)工作在約廢水預(yù)處理是在廢物泵出之前用切碎泵碎粒。在加壓情況下，廢水與空氣混合，經(jīng)過熱交換器增加廢物的溫度，再在高壓下輸送到反應(yīng)堆，在反應(yīng)堆里發(fā)生氧化反應(yīng)后溫度進一步上升，此時生成的氣體和蒸汽從液體中分開，然后經(jīng)過催化氣體凈化器排至大氣。液體中氧化后的無毒灰靠沉淀分離或過濾后排出。處理后的水基本達到排放標準，此水還可作廁所沖淡水REF_Ref32049\w\h[8]。濕空氣氧化系統(tǒng)的顯著特點是，不僅能處理廢水中各種有機物及細菌，還能處理混合廢物，且只產(chǎn)生少量可移出的固體廢物。輸入能量小，結(jié)構(gòu)緊湊，一般3.28m/d只占1.36m的空間。但濕空氣氧化系統(tǒng)要求維持高溫高壓，因而控制技術(shù)要求高，管理困難，同時溶液稀釋后有機物處理不完全，一次性投資較大。生物處理系統(tǒng)因體積大，重量大，操縱技術(shù)難度大且排污質(zhì)量不穩(wěn)定，常常被人們所忽視。圖2船舶生物氧化廢水處理系統(tǒng)3.膜分離器處理污水系統(tǒng)膜生物反應(yīng)器（membranebio-reactor，MBR）是膜分離與生物處理相結(jié)合的新興污水處理技術(shù)通常由反應(yīng)器內(nèi)好氧細菌降解生活污水中有機物、硝化細菌氧化氨氮、膜分離技術(shù)強化分離、增強反應(yīng)器功能等。MBR由生物膜移動床和水下膜分離反應(yīng)器組合成，通過控制曝氣比產(chǎn)生厭氧、缺氧及好氧等條件。目前應(yīng)用于實際生產(chǎn)的主要有好氧膜生物、A/0膜生物、A2/0膜生物等工藝REF_Ref365\w\h[9]。MBR具有設(shè)備緊湊、自動化程度高、污泥產(chǎn)生量小、出水水質(zhì)好等優(yōu)點，廣泛用于舊船改造和新型船舶的裝備上。由于生物膜高效截留，出水可以直接進行回用，因此MBR在生化法處理船舶生活污水中是最有前途的反應(yīng)器，如圖3所示。MBR不但起滲透分離作用，而且表面的生物膜也參加了化學(xué)反應(yīng)。研究表明:去除污水中的有機物依靠微生物的新陳代謝，微生物的濃度越高，有機物去除能力越強:膜生物反應(yīng)器可將傳統(tǒng)的污泥質(zhì)量濃度由2000g/L提高到6000mglL;有機物去除能力為傳統(tǒng)污水處理的5~7倍同時，由于膜高效截留作用，MBR出水懸浮物接近于0，細菌總指標優(yōu)于飲用水標準，COD和氨氮去除率可分別達95%。圖3艦船污染物處理技術(shù)措施4.蒸發(fā)——焚燒系統(tǒng)廁所廢水，或者生活污水可用蒸發(fā)收集為無毒的、可泵出的廢水。要求用收集器收集廢物或用收集器和焚燒系統(tǒng)組成整體結(jié)構(gòu)來處理，蒸發(fā)器是處理的主要部件，如圖4所示。蒸發(fā)所用熱能可由電能、燃油、丙烷蒸汽鍋爐的廢熱、主機的廢熱得到，廢物在船上焚燒爐中焚燒。此系統(tǒng)顯然容易得到廢熱，且占地小。但因存水多，燃燒需大量燃料而且臭氣量是主要問題，故需空氣污染控制設(shè)備REF_Ref32049\w\h[8]。圖4典型的焚燒廁所1.2選題依據(jù)及意義隨著航運業(yè)和海洋開發(fā)的空前發(fā)展，海洋環(huán)境的污染也越來越嚴重，船舶作為內(nèi)河航運中的交通工具，也是一種流動污染源，船舶生活污水的排放對內(nèi)河水環(huán)境及湖泊，水庫的影響，隨著船舶數(shù)量的增加不容忽視。針對船舶生活污水的處理，國內(nèi)外都開展了相關(guān)研究工作，并開發(fā)了各種類型的船舶生活污水處理裝置，但各類處理裝置的開發(fā)，大多基于城市生活污水處理工藝的應(yīng)用實踐而進行的小型化搬用或套用。因此在應(yīng)用中暴露出裝置體積大、運行不穩(wěn)定及出水超標等問題門。其原因在于，目前國內(nèi)外對船舶生活污水的污染特征研究較少，尤其是缺乏針對船舶生活污水水量及水質(zhì)特征的系統(tǒng)調(diào)查和分析研究REF_Ref2311\w\h[5]。船舶上產(chǎn)生生活排水的衛(wèi)生設(shè)備有大便器（槽）、小便器（槽）、洗手盆、洗臉盆、淋浴器、洗滌盆、洗衣機等。為使船舶生活污水得到處理，首先必須將各種排水收集起來，然后輸送到船用衛(wèi)生裝置（MSD.MarineSanitationDevice，為接受、儲存、處理或排放污水的任何設(shè)備，以及處理污水的任何方法）。MSD中所選用的處理方法，對污水收集系統(tǒng)有重要的影響。如果MSD既能處理糞便污水又能處理淋浴、洗滌、洗衣和廚房的排水，則收集系統(tǒng)可以簡化。即如果不能使糞便污水與其他排水分開，則應(yīng)選擇能處理所有排水的MSD?！洞吧钗鬯牢廴緞t》規(guī)定，除特殊情況，禁止船直接向限制海域排放生活污水。船生活污水的處理主要是收集存儲和港口接收，并經(jīng)處理裝置處理達標后排放。船舶生活污水處理常見的方法有生物化學(xué)處理、物理化學(xué)處理和電化學(xué)處理。生物化學(xué)處理大多是活性污泥法利用活性污泥的特性在合適的環(huán)境下吸收污水中的有機物，通過細菌的消化分解作用，使有機物一部分分解為水、二氧化碳等無害物質(zhì)，還有一部分轉(zhuǎn)化成為活性污泥的細胞物質(zhì)再次循環(huán)利用，處理后的液體經(jīng)消毒后排出REF_Ref1129\w\h[2]。物理化學(xué)處理利用物理方法對污水進行固液分離，然后加入具有絮凝作用的化學(xué)藥劑，使污水得到凈化。電化學(xué)處理在海水中混合污水，電解產(chǎn)生氧化劑殺，并對有機物進行化解國外對船舶生活污水處理工藝技術(shù)的研究較早，主要是由最先加入MARPOL73/78公約附則V的一些國家進行的研究。從船舶生活污水處理工藝的發(fā)展過程來看，其工藝技術(shù)基本上是沿用陸上污水處理術(shù)，特別城市生活污水處理技術(shù)。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題目前船舶生活污水處理裝置采用的工藝仍主要是生化法、物化法、電化學(xué)法等，但到現(xiàn)在為止仍沒有一種公認的理想工藝。國內(nèi)針對船生活污水處理裝的研制開始于20世紀70年代末期，以上海船設(shè)備研究所為代表，該所已先后開發(fā)了物理-化學(xué)法處理生活污水的WCF型系列裝置，具有粉碎、毒、存功能的生物法處理生活水的WCB系列裝置，以及生化法處理生活污水處理裝置，并研制開發(fā)了與生活污水真空收集系統(tǒng)、（每人每天產(chǎn)生污水量僅10L）配套的處理高濃度生活污水的WCV型二生化處理裝置。果然這些設(shè)備均通過了船檢部門的型式認可，但在實際使用過程中所出現(xiàn)的比較中的間題是:處理裝置體積較大，耐沖擊負荷能力差，處理效果不穩(wěn)定，操作維修不方便，加之監(jiān)管不嚴，很多設(shè)備閑置不用?？傮w來講，理想的船舶生活污水處理裝置應(yīng)具有以下特點:1、耐水質(zhì)及水變化能力強，2、受船舶運動效應(yīng)影響小，處理過程穩(wěn)定且效率較高;3、體積小、占地少、造價低，易于安裝;4、起動及停止后恢復(fù)快，不需特殊維護;5、安全美觀，人機界面友好，操作管理簡單;6、結(jié)構(gòu)合理，可靠耐用，使用壽命長?，F(xiàn)行船舶上的生活污水處理裝置主要為生化處理型裝置，可以考慮在原有設(shè)備基礎(chǔ)上進行改進，既能發(fā)揮生化處理型船用生活污水處理技術(shù)能耗小的優(yōu)點，又能利用原有設(shè)備，降低改造成本REF_Ref1129\w\h[2]。三、研究步驟、方法及措施1.收集、整理相關(guān)文獻，熟練掌握機械設(shè)計基礎(chǔ)和PLC控制系統(tǒng)，做出設(shè)計方案，對各種方案進行比較，選出最優(yōu)方案，做好設(shè)計準備。2.使用CAD等軟件繪出各裝置模擬圖，掌握工作過程。3.設(shè)計無排放型生活污水處理裝置在船舶的應(yīng)用設(shè)計，與船上廁所下水道糞便污水管道連接和控制、監(jiān)測和排放報警裝置結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計，讓系統(tǒng)設(shè)計能針對船舶生活污水出口的排放指標進行監(jiān)測，防止生活污水排放水質(zhì)不達標，對生態(tài)環(huán)境造成污染，有助于解決船舶生活污水排放污染問題。采用PLC控制系統(tǒng)，其對于電器控制系統(tǒng)抗干擾能力很強，在船高高濕、強動、多腐的工作環(huán)境中可靠性很高，通過加裝各種模塊可增強其功能。選用現(xiàn)場控制PLC和上位機PC構(gòu)成控制系統(tǒng)，系統(tǒng)控制由PLC完成，提高了系統(tǒng)的自動化程度和可靠性REF_Ref1129\w\h[2]?，F(xiàn)場輸入輸出信號由控制器進行處理，并通過通訊模塊與上位機通信，對其工況進行監(jiān)控。系統(tǒng)控制程序可采用模塊化結(jié)構(gòu)，主程序設(shè)定運行參數(shù)并控制于程序的運行。為了保證整個污水處理裝置的可靠運行，控制系統(tǒng)可對各個設(shè)備的工況信號進行處理，出現(xiàn)故障時向機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)發(fā)出報警信號，提醒輪機員及時處理。四、參考文獻胡芝悅，鐘登杰，鄧胡飛，王立同.船舶生活污水處理進展及發(fā)展趨勢[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)），2014，28（12）:64-70.徐炳香，茅陳松，項衛(wèi)東.船舶生活污水處理現(xiàn)狀分析與技術(shù)改進[J].中國水運（下半月），2011，11（06）:18-19.原培勝，白振光.船舶生活污水處理新技術(shù)及發(fā)展方向[J].船海工程，2010，39（06）:41-43.王曉俠.艦船生活污水排放面臨的問題及解決措施[J].船舶工程，2010，32（05）:23-26.DOI:10.13788/ki.cbgc.2010.05.005.董良飛，何桂湘.船舶生活污水水量及水質(zhì)特征研究[J].給水排水，2006（02）:72-76.DOI:10.13789/ki.wwe1964.2006.02.021.董良飛，徐紅，關(guān)衛(wèi)省.船舶生活污水特性及處理裝置研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005（04）:536-539.董良飛，蔡慧萍，王經(jīng)宇，關(guān)衛(wèi)省.船舶生活污水處理技術(shù)研究[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報，2005（02）:94-98.周長城.船舶生活污水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀及趨勢[J].武漢造船（武漢造船工程學(xué)會會刊），1989（05）:32-37.馬如中，何麗君，張百祁，周能芹.膜分離技術(shù)在船用生活污水處理裝置上的應(yīng)用[J].船海工程，2010，39（06）:4-6+9.五、研究工作進度：1.2022.11.23-2