刘邵宏，童　伟（.南华工商学院，广东广州　50507；.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州　5064）



船用生化膜生活污水处理装置的优化设计

刘邵宏1，童伟2
（1.南华工商学院，广东广州510507；2.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510641）

摘要：依照IMO MEPC.159（55）的排放要求，设计生产能够处理中小型船舶生活污水中大肠菌群、悬浮固体和生化需氧量并兼具一定贮存功能的环保设备。该设备采取粉碎处理、生化处理、超滤膜处理和紫外线杀毒等方式对生活污水进行处理并排放，具有体积小、自动化程度高的特点，目前已投入试生产。

关键词：船用设备；污水处理；MBR技术；优化设计

0　引言

依照MEPC.159(55)[1]决议对船用生活污水中大肠菌群、悬浮固体和生化需氧量等指标排放法规，结合目前流行的膜生物法（MBR）处理技术[2]，设计一种小型船用设备来处理并排放生活污水显得势在必行。

1　系统工作原理

根据国际公约规定的规则，海区可灵活使用序批式处理或膜法处理。因此本装置采用活性污泥、接触氧化和膜分离技术[3]处理有机污染物质，其处理流程见图1所示。

生活污水首先进入粉碎室预生化处理，当室内液位达到中位时，启动粉碎泵，将污水粉碎转驳至置有软性填料的一级氧化室，然后依次进入二级氧化室进行序批式接触氧化、生化处理，处理水由流程泵转驳至清水柜内，当液位达到中位时，排放泵启动，将处理水泵入超滤膜组或直接排放，经膜组过滤后的排放水经紫外线消毒后排出舷外（系统原理图见图2）。

图1　处理流程图

图2　系统原理图

2　主要参数计算

2.1原始参数

原始参数见表1。

表1　原始参数表

2.2氧化室总容积计算

氧化室面积0.375 m2，室内正常水深1 m，接触填料(多面球)堆放高度0.8 m。则滤料容积：

V=0.375×0.8=0.3 m3

2.3BOD负荷计算

所以氧化室采用高负荷生物滤池才能将污水处理合格。每天应适量加水，以保持液力负荷，有利于生物活性。

2.4回流比

按《水污染防治手册》表25.4(P530)推荐，在原污水的BOD在450～600 mg/L范围内时，采用回流比2～3之间。设计采用回流比为2.6。

回流量为：

选取2级接触柜，即用双级滤池串联工作。

（1）负荷率校核

滤料容积V：0.3 m3，负荷率为：

1.2 kg (BOD5)/ m3(滤床)∙d，

故可处理负荷为：1.2×0.3=0.36>

0.35kg(BOD5)/d，

故符合要求。

（2）曝气接触氧化时间校核

液力负荷平均值29 L/ h，采用回流比为2.6时，流经接触柜的污水速率为：

29×（1+2.6）=104.4 L/h

氧化室中停留时间：

故满足要求。

2.5填料性能参数

采用多面球作填料，其性能参数见表2。

表2　填料性能参数表

2.6曝气设备及空气管路的选定

2.6.1曝气设备选用

本装置选用WB-150型橡胶可变孔微孔曝气器。技术参数见表3。

表3　曝气器参数表

2.6.2空气管路的布置和管径的确定

选输气总干管和输气支管管径ϕ15 mm。干管气体流速校核：

式中：Q——气泵排量10 m3/h；

A——输气干管流通面积。

满足输气干管气流速度10～16 m/s的控制范围。故选择输气干管管径ϕ15 mm可行。校核支管气体流速：

满足布气支管气流速度3～5 m/s的控制范围。选择输气支管管径ϕ15 mm可行。

2.6.3供气量与气泵容量、风压的确定

（1）供气量计算

Q=0.7 m3/d，

进入装置的生活污水BOD5浓度为：

SO=600 mg/l，

处理后出水BOD5浓度为：

Se=20 mg/l，

则在废水曝气生化过程的需氧量为：

O2=Q(SO-Se)=0.7×(600-20)/1000=0.4 kg/d

根据T为20℃，大气压为760 mmHg时，空气的容量ra为1.205 kg/m3，其中氧占23.1%（按重量计），理论需气量：

考虑到曝气器的氧利用率EO为15%，实际需气量:

（2）气泵容量计算

DK=1.5×10.47/8=1.96 m3/h。

实际选取气泵容量为10 m3/ h，满足计算要求。

（3）气泵风压的确定

气泵风压计算:

P=H+Hd+Hf=1.45+1+0.5=2.95 m=29.5 kPa

选取气泵风压为60 kPa。CYBW-10型无油气泵1台。

5其他部件选型见表4。

表4　部件型号表

装置总体布置图如图3所示。

图3　装置总体布置图

3　结束语

该设备结合生化处理和超滤膜分离技术，具有占地空间小、处理效率高、膜组件寿命长、操作简单等特点。目前已在清远联鑫船舶机电设备厂投入试生产。

参考文献：

［1］经修订的实施生活污水处理装置排出物标准和性能试验导则［S］. MEPC. 159（55）：决议.

［2］孟峥嵘，王春明.船舶生活污水处理技术现状及发展趋势［J］.交通企业管理，2011，12（20）：50-51.

［3］马如中.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，2010，12（6）：4-6.

(编辑：阮毅)

Optimal Design of a Marine Sewagw Treatment Equipment

LIU Shao-hong1，TONG Wei2
（1.NanHua Industry&Commerce Collage，Guangzhou510507，China；2.College of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou510641，China）

Abstract:According to the resolution IMO-MEPC.159（55），the paper shows a design of marine sewage treatment and part-storage environmental protection equipment which can treat Coliforms, suspended solid and BOD from sewagw by such methods as shatter，biochemical reactions，filtering and UV antivirus. Recently，a small-sized，high-automatic marine machine is in trial production.

Key words:marine equipment；sewagw treatment；optimal design

作者简介：第一刘邵宏，男，1972年生，湖南邵阳人，硕士，讲师/工程师。研究领域：工业产品设计。已发表论文8篇。

收稿日期：2015－05－26

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 014

中图分类号：U664.9+1

文献标识码：B

文章编号：1009－9492 ( 2015 ) 11－0049－03