摘 要

我国内河水域分布广阔，随着水运行业的逐渐成熟与发展，内河航运成为我国运输网络中极为重要的环节之一。在船舶正常运营期间，船员生活过程中会产生包含大量有机物、微生物和有害物质的生活用水，排放到水体中会对自然水域造成污染。“水十条”等水污染防治计划的发布也表明国家对内河水环境的重视。但由于船舶生活污水处理系统在运营期间持续造成能耗，出现了部分船只违规偷排生活污水的情况和生活污水处理设备保养不及时造成排放水处理不达标的状况。因此研究生活污水处理系统并设计生活污水处理设备工作记录仪对加强船舶污水排放的监督有着重大意义。

论文主要进行了以下内容的研究：

1. 船舶生活污水的特性研究。分析不同类型船舶生活污水排放的水力和水质特性，调研外界因素对生活污水处理设备的影响。结合国家相关排放标准为在线监测器的设计提供参考依据。
2. 归纳分析现有的生活污水处理系统。调研当前我国内河运输中常用的生活污水处理系统的结构与运行原理，总结污水处理设备具体参数，为监测设备的设计提供设计框架。
3. 合理选取监测设备进行总体方案设计。根据检测设备的具体参数与污水处理系统的内在联系进行合理设计以求达到监督船舶生活污水排放的目的。

关键词：船舶生活污水；排放特性；处理工艺；传感器；在线监测

Abstract

China's river waters are widely distributed. With the gradual maturity and development of the water industry, inland shipping has become one of the most important links in China's transportation network. During the normal operation of the ship, the crew, living animals in the transport of goods will inevitably produce domestic water containing a large amount of organic matter, microorganisms and harmful substances, causing environmental pollution. The release of “Water Ten Articles” and other water pollution prevention plans also shows that the country attaches importance to the inland water environment. However, due to the energy consumption caused during the operation of the ship's domestic sewage treatment system, some vessels have illegally discharged domestic sewage, and the status of the discharge water treatment has not been met due to the failure to maintain and maintain the domestic sewage processor in time. Therefore, it is of great significance to study the layout of the domestic sewage treatment system and design the domestic sewage processor work detector to strengthen the monitoring of discharge water.

The paper mainly studied the following contents:

(1) Study on the characteristics of marine domestic sewage. Analyze the hydraulic and water quality characteristics of different types of ship's domestic sewage, and investigate the influence of external factors on the domestic sewage processor. Combining relevant national emission standards provides a reference for the design of an online monitor.

(2) Inductive analysis of existing domestic sewage treatment systems. Investigate the current structure and operation principle of the domestic sewage treatment system commonly used in China's inland water transport, summarize the specific parameters of the sewage treatment equipment, and provide data support and basic basis for the design of monitoring equipment.

(3) Reasonably select monitoring equipment for program design. According to the specific parameters of the testing equipment and the internal relationship of the sewage treatment system, the overall design of the domestic sewage treatment equipment is carried out reasonably.

Key words: marine sewage; emission characteristics; treatment process; sensors; on-line monitoring

Keywords：Ship domestic sewage; Emission characteristics; Treatment process; Online Monitoring；

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状. 1

1.2.1 国内外的研究与发展 1

1.2.2 实际存在的问题 2

1.3.1 基本内容 3

1.3.2 技术方案 3

第2章 船舶生活污水排放特性 5

2.1 污水量与水力特性 5

2.2 水质分析指标 5

2.3污水水质指标分析 6

2.4 船舶实际检验 9

2.5 本章小结 10

第3章 船舶生活污水处理技术和设备 11

3.1当前生活污水处理技术 11

3.2 我国内河船舶常用的生活污水系列及其结构 12

3.3 环境因素对生活污水处理装置的影响 15

3.4本章小结 16

第四章 工作记录仪基本设计方案 17

4.1 水质检测存在的问题 17

4.2 检测设备选型 17

4.2.1 水质检测探头选型及安装 17

4.2.2 流量计的选取与安装 22

4.3 船舶生活污水处理装置工作记录仪设计方案 23

4.4 本章小结 25

第五章 总结和展望 26

5.1 总结 26

5.2 展望 26

1. 绪论
   1. 研究的背景及意义

近年来，我国的经济保持着高速发展的态势，与此同时我国的内河运输行业依靠着交错密布的水网成为了经济发展的基础产业之一。2011年底，我国内河港口吞吐量达到36.81亿吨，我国水运航业形成了布局合理层次分明的水运体系^[1]。在这种快速发展的情况下，内河运输过程中的环境问题日益受到重视，据统计深圳港在近10来水域污染物含量呈现持续上涨的趋势^[2]。我国在1982年将防治污染条例写入《宪法》，并做出了原则性规定；1989年颁布的《船用生活污水处理系统技术条件》进一步规定了船舶环境保护规则和规范;2006年交通部又颁布了《中华人民共和国防治船舶污染内河和水域环境管理规定》用于加强对船舶污染的治理^[3]。但船舶运输中的监管依旧存在很多问题，这就要求无论在人员还是设备管理上都要有更加科学合理并有效的监督管理方式。对船舶生活污水处理装置记录仪器的研究能够起到加强内河船舶管理的作用。

目前造成内河污染的因素包括油类污染、生活污水违规排放、化学品有毒物质污染、噪声污染等等^[4]。其中造成水域污染的主要原因之一是生活污水的排放。我国目前登记船舶超过35万艘，据统计，船舶运营期间每人每天产生20L到30L生活污水，每年产生的大量生活污水如果不进行管理直接排放势必会破坏我国内河的生态环境。

生活污水一般指船舶航行当中的冲洗用水、厨房用水等各种人员维持生活造成的泄水，其中包含的各种有机物会对水域环境产生影响。对于船舶生活污水，一般需要经过曝气、耗氧反应等处理达到标准后才可排出舷外。造成违规排放的原因主要分为两方面：①部分船员环境保护意识不强，将未经处理的生活污水经过应急旁通管路直接排除出水域，仅仅将生活污水处理装置当成应付检验的工具，造成了违规排放。②由于船员对船舶污水处理装置保养不到位等因素造成处理装置对污水的处理不达标，不符合排放标准的处理水排放到自然水域。而现有的检查方式一般为登船抽检，在监管力度上远远不够，因此生活污水处理装置工作记录仪的研究对船舶运营监管有着重要意义。

• 1. 国内外研究现状.
     1. 国内外的研究与发展

《内河船舶法定检验技术规则》（2011）规定粪便污水、医务室以及装有活体动物处所排出物、混有以上几种排出污水的废水称为生活污水。生活污水是造成内河污染的主要污染源之一。就生活污水处理方式而言，国内外的众多学者和机构都提出了不同的处理方式以及生产出了基于不同处理原理的船舶生活污水处理装置（系统）。

陆振君等曾提出过现在常用的处理方式分为生化法与理化法,生化法主要利用好氧微生物使污水中有机物转换为无机物，但培养好氧微生物需要一个月左右的时间进行准备，生活污水处理装置需要长时间保持开启状态，且温度微生物有着极大影响^[5.6]。理化法主要通过沉淀分离污水后进行投药消毒处理，但设备复杂且成本高^[7]。学者陈凯提出传统的ST和WCB型生化处理存在着一定的缺陷，改进后采用SBR处理工艺具有效果稳定、抗冲击能力强的优点。随着近些年中国及欧美国家对环境的重视，处理手段也一直在进行改进，膜处理法近些年也进入了人们的视野。张树文在其文章中提出投药处理的方式存着二次污染风险，并且液氯和漂白粉具有一定的危险性，因而超滤膜水处理技术是一种有效避免污染和危害的处理手段，超滤膜法是指截留分子量在0.1- 0.01微米之间的膜进行选择透过性过滤。与此相关的还有膜生物法，田金平曾在分析现有生活污水处理技术时提到过，即将传统的污水处理技术与膜分离技术结合，依靠膜生物的反应器对污水中的微生物和细菌进行分解等^[8]。梅雄等学者在文献中提到高压氧化法处理生活污水即将生活污水进行预热，然后引入容器中进行氧化反应，然后通过分离装置将气体和蒸汽分离排出，剩下的混合液再进行物理消毒^[9]。

从国外的发展工艺来看，美国、英国、德国、丹麦等国家主要沿用岸上水处理技术，但在防污染条例上依旧是日益严格。由美国海岸警备队颁布的MSD建造和设计的条例，分为MSD-1贯流型装置即粉碎和消毒装置；MSD-2贯流型装置即生化或物化系统；MSD-3型无排放系统即集污柜^[9]。

现有的生活污水处理装置依旧存在一些常见的问题，贾建雄提出现有的处理系统存在回流管堵塞等常见故障，因此保养工作和对紫外线消毒装置的合理设置同样重要^[10]。

• • 1. 实际存在的问题

对于船舶生活污水的处理而言，现有的监督方式一般为颁发证书与登船进行检查相结合。对于颁发合格证书来讲，仅能够代表船舶具有处理相关生活污水的能力，由于持续的开启生活污水处理装置会增加船舶运营期间的能耗从而提高船舶运营的成本，大量的内河船舶在运营期间并不按照规定开启生活污水处理设备。由于船舶都设置有应急排放管道，用以在生活污水处理装置出现故障等紧急情况下使用。该管道的设置就为部分违规偷排的船舶提供了方便，生活污水进入排污总管之后不进入生活污水处理装置直接由应急管道排出，这种未经处理的生活污水会对水域造成极为严重的污染。

而对于船舶登船检验而言，仅仅能够监测船员是否对生活污水处理装置进行定期的保养保证生活污水处理装置具有其应有的功能，能够将生活污水处理后达到符合排放标准的状态，但是对于船舶运营期间是否合理的使用没有有效的方法进行监督。不仅如此，大量的船舶甚至在PSC检查期间暴露出更为严重的问题，长期不对生活污水处理系统进行保养维护，不按照要求进行更换的情况大量存在。以2013年厦门海事局对某利比亚籍货轮进行的港口国检验为例，该集装箱船在检查中暴露了大量的问题，此船的生活污水处理装置的曝气室内管路大量锈蚀，曝气室与沉淀室内无回流，且该装置在船舶运营期间从未还有过更换。但该货轮在三年内均保持无缺陷记录通过日本等国家港口^[12]。因此可见，由于监督方式的缺失以及过于松懈的监督力度，存在着船只运营期间违规排放的问题。因此，船舶生活污水处理装置记录仪的开发显得尤为重要，能够有效的防止内河船舶运营期间对水域环境造成的危害。

1.3.1 基本内容

针对所要研究的课题，在研究过程中，需要做到以下基本内容：

1. 针对内河船舶生活污水特性和排放标准进行了解分析。包括污水生化需氧量、悬浮物含量、大肠杆菌含量、PH值等各项指标。
2. 根据不同的处理方式对生活污水处理装置工艺及流程进行分析。主要包括曝气柜、氧化柜、沉淀柜、膜柜等设备的布置。
3. 根据污水特性分析和工艺流程进行总体设计和设备选型。包括对流量检测器与水质检测探头的选择与布局等。

1.3.2 技术方案

在对国内外现状进行研究现状进行分析后，需要对各管道进行检测并传输至微处理器进行分析。基本方案如下：

图1.1 基本工作方案示意图

第一步：通过网上查阅资料了解我国内河船舶运营期间生活污水排放的相关国家标准。包括国家标准所规定的水质检测指标包括生化需氧量、余氯含量等等。分析各指标内在联系，作为总体设计的数据基础。

第二步：调研现有的较为成熟的生活污水处理系统，分析其工作原理与安装要求，为整体检测仪器的框架设计提供支持。

第三步：依据上述两步的数据进行总体设计，调研市场上较为适合的设备，进行设备选型，以求能够达到预期工作效果。

第2章 船舶生活污水排放特性

由于船舶生活污水的排放依据国家的相关法规进行管理，所以本章主要依据国家标准对各指标进行分析统计，作为总体设计的数据基础。首先从生活污水排放特性入手，进而对各项污水指标以及相关检测方法进行分析。

2.1 污水量与水力特性

船用生活污水的排水量与船舶用水量有直接的关系，由于厕所每日大量的必要用水，所以生活污水排放监管时尤其应当注意厕所的冲洗用水量。冲洗水直接与排泄物混合，是船舶生活污水的主要来源。参照不同国家每人每天排泄产生的污水量，美国人均114L-171L，日本人均16L-21L，对于我国内河运营船舶而言，每人每天约为20L-30L。但船舶生活污水的排放与城市排污水有很大的区别，船舶污水的总排放量往往是不稳定的，其短时间内排放流量也同样不稳定，具有极其明显的低谷时段与高峰时段。这就意味着船舶生活污水的水力特性变化很大。以货轮21006实际调查为例，每日最大时污水量集中在7-8时，污水量达到50L/h，而船舶日污水排量仅有250L/L^[13]。通常来讲，夜间的生活污水产生量要远远低于日间的生活污水产生量。尤其是污水的排放变化系数与人数有着一定的关系，人数越少的船舶，其运营期间排放生活污水的波动越为明显。部分人数较少的船舶通常会产生夜间零排放的状况。因此客轮与货轮之间有着不同的变化系数，所以在船舶运营期间往往需要对流量进行调节，保证生活污水处理装置的正常运行。

2.2 水质分析指标

生活污水的指标包含很多方面，包括生化需氧量、悬浮物的量、化学需氧量、污水PH值以及余氯等等。国际海事组织对排放水生化需氧量、处理水浊度以及大肠杆菌含量尤为重视。

2006年国际海事组织对《MARPOL73/78公约》进行修改，修改后的指标大幅提高，BOD₅指标要求从50mg/L降到了25mg/L,SS指标要求从50mg/L降到了30mg/L，大肠杆菌指标要求从250个/100ml降到了100个/ml^[14]。

生化需氧量：船舶生活污水中含有大量的有机物，这些有机物是对环境产生影响的主要污染源之一，因此船舶生活污水常用生化需氧量（BOD₅）来定量描述生活污水的污染程度。我国《室外排水设计规范》提出了在没有特殊标定情况下按照20-35g（人/天）以及35-50g（人/天）进行计算，但是考虑到船舶生活污水与城市排水的不同特性，船舶运营期间卫生系统的运营周期更短，且相对来讲排泄物的分解更少，所以船舶生活污水的实际负荷更高。

悬浮物质SS：指能漂浮在水中的某些固体物质，包括那些难溶或不溶于水中的有机物、无机物及泥土、砂石、微生物等。通常能够使用浊度计进行测量。

化学需氧量COD：通过一定的化学手段来测量水体中需要被氧化的还原性物质的量，每单位体积水所消耗的氧化剂的毫克数。通常用来表征污染程度，单位为mg/L。

大肠菌群数：又称为大肠菌指数，表示单位水体中包含大肠菌群的数目，从而一定程度上描述水体的污染程度，计量单位一般为个/升。

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