船厂污水处理工艺

　　1 前言

　　随着人类对环境资源开发利用活动的日益增加，大量含氮、磷的生活污水、工业废水排放江河湖泊中，过度发展的水产养殖业和农业化肥的大量使用，增加了水体营养化物质的负荷，造成水体富营养化。从水体中藻类对氮、磷的需要关系看，对于内陆水体，磷是水体营养化的主要限制因素，因此控制磷的浓度尤其重要。为控制水体富营养化，无论在国外还是国内，污水处理后磷含量控制标准日趋严格。国内船厂设置厂级污水处理站处理全厂污水的，全部直排附近水体，采用的工艺以降低污水的CODcr、BOD5为主，也有部分船厂污水处理站优先考虑脱氮，但同时实现脱氮处磷的几乎没有，因此在今后新建或改扩建船厂工程中，厂级污水处理站都要考虑生物或化学除磷，以控制出水中总磷浓度，限制磷的超量排放，船厂污水 除磷技术的研究和应用就具有重要的意义。

　　2 船厂污水来源及特征

　　2.1 船厂污水来源

　　根据船厂(包括造船及修船)的生产工艺，船厂废水、污水的种类及来源如下。

　　(1)含油废水

　　主要来源于码头和船坞，在对船舶进行机械加工、部件预舾装、码头舾装、试验和试航时产生，产生点较分散，废水中含油浓度较高，约200mg/L，需进行油水预分离后排入厂区污水管网系统。

　　(2)乳化液废水

　　船厂乳化液废水主要来源于机加工车间，间歇排放，其主要污染因子为：pH、石油类、CODcr、SS、表面活性剂，需经破乳后再经油水预分离后排入厂区污水管网系统。

　　(3)酸碱废水

　　电装车间在蓄电池充电过程中会产生少量酸碱废水，经中和预处理后排入厂区污水管网系统。

　　除此之外，还来源于修船厂机电综合车间化学清洗及电工清洗除垢浸泡液、清洗剂冲洗水的排放。其中浸泡液中含酸(碱)液浓度较高约4~8%，每3~6个月排放一次t。清洗剂冲洗水中含酸(碱)浓度<0.5%，连续排放。这部分酸碱废水中由于还含有少量油污和铁屑，因此采用酸碱中和+混凝气浮处理工艺。具体参见 污水处理技术资料或污水技术资料更多相关技术文档。

　　(4)一般性生产废水

　　来源于生产中的火工校正废水、密封试验废水、冲洗水和冷却塔排放水等。

　　(5)生活污水

　　来源于厂区食堂、浴室、公共厕所、办公楼及生产辅助楼等日常排水。其主要污染因子为：CODcr、BOD5、SS、NH3-N、动植物油。对于生活污水除食堂污水需经二级隔油预处理外，均可直接排入厂区污水管网系统。

　　2.2 船厂污水水量特征

　　通过对上海外高桥造船有限公司水资源调研发现，厂区内生活用水量约为用水总量的40%～50%，其余为生产用水。因此船厂污水以生活污水为主，约占污水排放总量的70%～80%，且排水时间相对比较集中，主要在中午前后(食堂污水)和下班后(洗浴污水)，以食堂污水和洗浴污水为主。生产废水约占污水排放总量的20%～30%，以一般性生产废水为主，且这部分水水质较清洁。

　图2 上海某造船有限公司月平均用水量扇形图

　　2.3 船厂污水水质特征

　　由于经预处理后的生产废水水质一般要求达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的三级标准，同时一般生产废水污染物浓度较低，生活污水水量又很大，使混合后的船厂污水水质类似于生活污水水质，但各类污染物指标略低于生活污水。

　　表1 船厂污水水质与城市污水水质对比表（单位：mg/L）

　　3.船厂污水处理工艺

　　3.1 船厂污水处理目标

　　我国现行的污水排放标准既有国家标准《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，又有部分省、市的地方标准，如上海、天津、广东、辽宁等省市。这些标准中规定直接排放水体的总磷控制标准均在1.0mg/L以下，一级标准更为严格，总磷控制标准在0.5mg/L以下。

　　3.2 船厂污水处理常用工艺

　　船厂污水处理工艺一般也采用好氧生物处理工艺。常用的好氧生物处理工艺有SBR工艺、生物接触氧化、生物接触氧化A/O工艺等，三种工艺的对比详见表2。

　　表2 船厂污水处理工艺比较

　　以上三种工艺中SBR工艺属于活性污泥法范畴，生物接触氧化工艺和生物接触氧化A/O工艺属于生物膜法范畴。一般来说，生物膜法适用于污水量不是很大(一般小于5000m3/d)、有机污染物浓度较低的场合，而活性污泥法适用于大污水量(一般大于5000m3/d)的场合。同时，生物膜法较活性污泥法具有处理负荷高、出水水质稳定、占地小、投资省、不需污泥回流等特点。

　　4 除磷技术

　　污水中的磷主要来源于各种洗涤剂、化肥、工业原料以及人体的排泄物，一般生活污水的含磷量在10mg/L左右，约70%为可溶性盐，主要以正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷的形式存在，其中后两者占总磷量的70%。除磷工艺目的都是将可溶性磷转化为悬浮性磷，以便将其滞留。即利用磷的循环转化过程，利用细胞合成，将磷吸收到污泥细胞中或使污水中的磷转化为不溶性的磷酸盐沉淀，前者称为生物除磷，后者称为化学除磷。

　　4.1 生物除磷技术

　　4.1.1 机理

　　在普通污水二级处理中约10%~30%的磷通过同化作用去除，但如果要达到较高的除磷效果，所需去除的磷一般要超过微生物细胞合成和维持的需要量。研究发现，活性污泥在厌氧——好氧交替变换过程中，只有聚磷菌大量繁殖。聚磷菌虽然是好氧菌，但竞争能力差，生长较慢，不过却能在细胞内贮存β羟基丁酸和聚磷酸盐。聚磷菌在厌氧条件状态下吸收低分子有机物(如脂肪酸)，同时将贮存在细胞中的聚磷酸盐中的磷被水解释放出来，并提供生物生命活动所需的能量，而在随后的好氧状态下，聚磷菌有氧呼吸，所吸收的有机物被氧化分解并产生能量，微生物从污水中摄取磷，远远超过其细胞合成释磷量，将磷以聚合磷酸盐的形式贮存在体内，形成高含磷量的活性污泥，通过排出剩余污泥达到除磷效果。

　　4.1.2 影响因素

　　4.1.2.1 温度

　　生物除磷温度宜大于10℃，聚磷菌在低温时生长缓慢，但影响较小。

　　4.1.2.2 pH

　　生物除磷系统合适的pH范围与常规生物处理相同，但在pH较高的处理系统中，会出现沉积的灰白色的磷酸钙，它结构紧密，质地坚硬，极易堵塞管道，影响污水处理系统的正常运行。

　　4.1.2.3 碳源的数量和性质

　　有机物浓度越高，污泥放磷越早越快。这是由于有机物浓度高诱发了反硝化作用，并迅速耗去硝酸盐。其次可为发酵产酸菌提供足够的养料，从而为聚磷菌提供放磷所需的溶解性有机物。要使生物除磷工艺出水磷浓度小于1mg/L，通常进水总BOD5与总磷之比必须在20~30。对于生物除磷工艺，一般要求污水中BOD5与总磷之比大于17。

　　污水中的大分子有机物必须先在发酵产酸菌的作用下转化为小分子的发酵产物后才能被聚磷菌吸收利用并诱导放磷，甲酸、乙酸、丙酸、甲醇、乙醇、柠檬酸、葡萄糖、乳酸等都是易被聚磷菌利用的有机物。

　　4.1.2.3 溶解氧

　　生物除磷的厌氧环境要求既没有溶解氧也没有硝态氮。因为微生物的好氧呼吸会消耗一部分可生物降解的有机氮，使产酸菌可利用的基质减少，聚磷菌所需的溶解性可快速生物降解的有机质大大减少。实际中应控制溶解氧浓度小于0.2mg/L。

　　硝酸盐和亚硝酸盐的影响与溶解氧相似，厌氧区中如存在硝酸盐和亚硝酸盐时，反硝化细菌以它们为最终电子受体而氧化有机质，使厌氧区中厌氧发酵受到抑制而不产生挥发性脂肪酸。

　　4.1.2.4 泥龄

　　生物处理系统，大部分磷是通过排泥去除的，因为生物污泥含磷量一定时，污泥排放的越多系统去除的磷就越多。

　　4.1.3 典型的生物除磷工艺

　　4.1.3.1 A/O(厌氧/好氧)工艺

　　A/O(厌氧/好氧)法工艺中，先使污水进入A/O法的A段，使其处于厌氧环境中，这类微生物便吸收污水中的乙酸、甲酸及乙醇等极易生物降, 解的有机物质，贮存在体内作为营养源，同时积存于体内的多聚磷酸盐就会分解成可溶性的单磷酸盐并释放到水体中去，从而达到将体内磷充分排出的目的。按工艺流程污水接着进入A/O法的O段(pH应控制在7～8之间)，微生物处于好氧环境，此时微生物将体内贮存的有机物氧化分解，同时吸收污水中大量可溶性磷酸盐，并在体内合成多聚磷酸盐而积累起来。随后，挟带大量体内富含磷的微生物菌胶团(俗称活性污泥)的污水进入二沉池沉降下来，在这些微生物还没来得及分解释放磷时，池底的含磷污泥一部分就以剩余污泥的形式排出，另一部分则回流至A段处于厌氧环境中，重新进入新一轮的放磷与聚磷的生理循环过程。澄清的出水可获得良好的除磷效果。

　　A/O法除磷工艺流程简单，不需要投加化学药品，建设费用和运行费用均较低。存在的问题是除磷效果决定于剩余污泥排放量，在二沉池中还难免有磷的释放。该工艺在进水中磷与BOD之比很低的情况下能取得很好的处理效果。当进水中磷与BOD之比较高时，由于BOD负荷较低，剩余污泥量较少，因而较难以达到稳定的运行效果。用该工艺处理污水时磷的去除率在75%左右，出水含磷约l mg/L或略低，较难进一步提高。

　　4.1.3.2 A2/O工艺

　　增加了缺氧处理阶段将除磷与脱氮相结合，使该工艺具有同时生物脱氮除磷的功能，节省了脱氮对碳源的需要。因此，A2/O法比A/O(厌氧/好氧)法具有更好的实用性。

　　在典型A2/O工艺的基础上实际应用中还有许多变形和改进，主要为增加反应池级数，强化处理效果，或改变混合液回流方式或改变系统进水方式减小硝酸盐对厌氧池中磷释放的影响。

　　运用同时脱氮除磷工艺需注意：脱氮和除磷是相互影响的，脱氮要求较低负荷和较长泥龄，除磷却正好相反，而且回流污泥中过高的硝酸盐浓度对除磷有较大影响，因此反应池各段池容、污泥龄及水力停留时间应根据氮、磷排放标准寻找平衡点。

　　4.1.3.3 SBR工艺

　　由于SBR工艺是出于非连续操作过程，池中的有机物浓度随时间变化，活性污泥出于一种交替的吸附、吸收和生物降解过程，因此可通过改变工艺的工作方式，如搅拌混合、曝气等创造厌(缺)氧、好氧的状态，按脱氮除磷工艺要求实现去除污染物的目的。运行时间和溶解氧是SBR取得良好脱氮除磷效果的两个重要参数。

　　4.2 化学除磷技术

　　4.2.1 机理

　　化学除磷就是向污水中投加药剂，与磷反应形成不溶性磷酸盐，然后通过固液分离将磷去除。

　　常用的化学除磷药剂有石灰和金属盐(包括铝盐和铁盐)。最常用的是石灰Ca(OH)2、硫酸铝Al2(SO4).18H2O、碱式氯化铝PAC、三氯化铁FeCl3、硫酸铁Fe2(SO4)3等。化学除磷过程中因不同金属磷酸盐的溶解度和pH值可能形成多种沉淀物。

　　4.2.2 化学除磷技术

　　4.2.2.1 投加石灰除磷

　　石灰首先与水中碱度发生反应形成碳酸钙沉淀，然后过量的钙离子才能与磷酸盐反应生成羟基磷灰石沉淀。通常所需石灰量主要取决于污水碱度，而不是污水中磷酸盐含量。

　　4.2.2.2 投加金属盐除磷

　　(1)投加铝盐

　　铝离子与正磷酸离子结合，形成难溶的磷酸铝，当使用硫酸铝时，还会形成氢氧化铝絮凝体，污水中的胶体粒子被絮凝体吸附去除，使用铝盐后混合液的pH值对除磷效果有较大影响。

　　(2)投加铁盐除磷

　　三价铁离子与磷的反应和铝离子相似，生成物是磷酸铁和氢氧化铁。二价铁离子与磷的反应则要复杂些，必须对二价铁离子加以氧化。

　　(3)金属盐的投加点

　　金属盐的投加点比较灵活，可以加在初沉池前、生化池内及二沉池前，也可以将化学除磷系统与生物处理系统分开，以二沉池出水为原水投加金属盐进行混凝过滤。金属盐的投加点取决于出水总磷含量要求。出水总磷要求在1mg/L时，在一级和二级处理系统中投加即可达到目的，由于二级处理出水中呈悬浮物的含磷量也占了相当大的比例，因此需增设出水过滤设施。

　　(4)金属盐的投加量

　　金属盐的选择主要依据处理性能和处理费用，因从污泥产生量、碱度消耗量、运行操作复杂程度、腐蚀性等多方面综合分析选定。与氯化铁相比，铝盐在价格、安全性和腐蚀性等方面优势，但其产生的污泥较难处理。

　　金属盐的投加量主要取决于进水总磷含量、期望的除磷率，一般进水总磷含量不是恒定的，为了保持出水总磷含量始终满足排放要求，投加量必须随进水总磷含量进行调整，为了满足峰值条件下能提供足够的金属离子含量，实际投加量按高于平均含量考虑。

　　5 船厂污水除磷工艺

　　5.1 生物除磷和化学除磷比较

　　生物除磷工艺流程简单，不需要投加化学药品，建设费用和运行费用较低。存在的问题是除磷效果决定于剩余污泥排放量，在二沉池中难免还有磷的释放。在进水中磷与BOD5之比很低的情况下能取得很好的处理效果。用该工艺处理污水时磷的去除率在75%左右，出水含磷约lmg/L或略低(0.8mg/L)，很难进一步提高。

　　化学除磷效率较高，操作简单，结果稳定，不会重新放磷而导致二次污染，当进水浓度较大或有一定波动时，仍有较好的除磷效果。要求出水TP浓度越低，所需投加的药剂量也越多，金属盐的投加量需通过试验确定。化学药剂投加所产生的磷酸盐沉淀和其他化学沉淀物，会增加污水处理厂的剩余污泥量，从而导致污水处理成本的增高。

　　5.2 船厂污水处理除磷工艺选择

　　目前船厂污水采用的处理工艺中SBR工艺和A2/O工艺已具有同步脱氮除磷功能，生物接触氧化及A/O工艺生物除磷效果有限，从上海外高桥造船有限公司厂级污水处理站(采用生物接触氧化法)的实际运行情况看，其处理出水的总磷尚不能稳定达标。

　　船厂污水的处理目标不仅为悬浮物和COD的去除，还要求脱氮除磷，满足氨氮、总氮和总磷达到排放标准。在采用同步脱氮除磷工艺时，生物除磷和脱氮之间在碳源、泥龄等方面存在着矛盾，且硝酸盐的存在对生物除磷工艺有一定的影响，生物除磷和生物脱氮很难同时达到最佳的效果。由于脱氮一般只能靠生物去除，加之船厂污水浓度较低、有机碳源较少，而除磷工艺既可以采用生物除磷，也可以采用化学除磷，因此在确定船厂污水处理工艺时应优先考虑船厂污水的脱氮要求。在保证脱氮效果的前提下，考虑除磷，使得出水中的TN和TP同时达到要求。

　　船厂污水处理可以采用生化除磷法也可采用化学除磷法。新建工程，宜采用带生化除磷效果的污水处理工艺，改、扩建工程则可在原有构筑物基础上进行工艺改造或直接增加化学除磷设施。如需达到更严格的标准，可在生化除磷的基础上辅助化学除磷。化学除磷与生物除磷技术相结合已是当今除磷技术的发展趋势，充分利用生物除磷费用低、化学除磷出水磷浓度低且比较稳定的优点，对一些已建成的船厂污水处理厂，在生物处理的基础上增加化学除磷，可大大提高出水水质。由于石灰法除磷主要用于要求出水磷含量在0.1mg/L左右的情形，且该工艺比较复杂，石灰泥产量很大，与其它常规污水除磷工艺相比缺乏经济性。船厂化学除磷建议使用投加金属盐。对于有中水回用需求的船厂，可以在后续的深度处理过程中投加复合絮凝剂除磷。以上海外高桥造船厂为例，该厂污水处理采用生物接触氧化法，二级处理出水作为中水水源进行混凝沉淀+过滤深度处理回用绿化、冲洗、冲厕，中水进水中总磷含量约0.76mg/L，絮凝药剂采用PAC+PAM，中水出水总磷含量处理效率稳定在50%左右，总磷含量在0.36mg/L左右，详见下表3)，可满足总磷(0.50mg/L)相应的排放标准。

　　表3 上海外高桥造船有限公司中水回用工程进、出水总磷含量(连续六天测定)

　　单位：mg/L

　　6 结论

　　确定船厂污水处理工艺时应优先考虑船厂污水的脱氮要求，除磷工艺宜选择带生物除磷功能的处理工艺，需达到更严格的标准，可在生化除磷的基础上辅助化学除磷，化学除磷药剂宜选择铝盐，有利于利用其吸附能力，对于有中水回用需求的船厂，可将化学除磷与后续的深度处理相结合。

　　作者简介：

　　戴荣海 中船第九设计研究院工程有限公司，教授级高工