首艘国产航母下水，你知道船舶上的水处理装置吗？
今天上午我国首艘国产航空母舰正式在中国船舶重工集团公司大连造船厂进行下水仪式。也是我国第二艘航母，这艘航空母舰由我国自行研制，2013年11月开工，2015年3月开始坞内建造。
目前，航空母舰主船体完成建造，动力、电力等主要系统设备安装到位。出坞下水是航空母舰建设的重大节点之一，标志着我国自主设计建造航空母舰取得重大阶段性成果。下一步，该航空母舰将按计划进行系统设备调试和舾装施工，并全面开展系泊试验。
国产航母的下水，标志着我们综合国力的提升，因为专业的原因，和大家聊聊船舶上的水处理系统。
船舶上的水处理系统主要分为两块：
1.船舶生活用水处理系统，主要以粪便、洗涤、餐厨等污水。另外还有含油污水，如机舱水、压舱水和洗舱水。
2.船舶压载水处理系统，控制船舶纵倾、横倾、吃水、稳性或应力而在船上加装的水。
这两部分的水是都需要排大海里的。所以，需要对它们进行处理达标之后才可排放。
首先，船舶排放污水标准：
船舶排放的生活污水，最高容许排放浓度应符合表1规定（GB3552-83）。
表1 船舶生活污水最高容许排放浓度 （毫克/升）
项目 |
内河 |
沿海 |
|
距最近陆地4海里以内 |
距最近陆地4～12海里 |
||
生化需氧量 |
不大于50 |
不大于50 |
|
悬浮物 |
不大于150 |
不大于150 |
无明显悬浮物固体 |
大肠菌群 |
不大于250个/100毫升 |
不大于250个/100毫升 |
不大于1000个/100毫升 |
压载水处理D-2标准 , 《压载水公约》
生物类型 |
标准 |
最小尺寸大于或等于50μm的存活生物 |
少于10个/m3 |
最小尺寸小于50μm但大于或等于10μm的存活生物 |
少于10个/ml |
有毒霍乱弧菌（O1和O139） |
少于1cfu/100ml（菌落形成单位）或小于1cfu/g浮游动物样品（湿重） |
大肠杆菌 |
少于250cfu/100ml |
肠道球菌 |
少于100cfu/100ml |
船舶生活污水处理方法：
生活污水处理：
船舶生活污水处理方法如按污水的排放方法可分为无排放型生活污水处理装置和排放型生活污水处理装置。无排放型生活污水处理装置通常包含有船舶贮存方式和再循环处理方式；而对于排放型生活污水处理装置，由于国际公约和相关规定中排放标准的要求，使得船舶生活污水必须 经过相应的处理后才能按规定排放。通常船上采用的排放型生活污水处理方式按净化方法的不同可分为：生物学方法、物理化学方法、电化学方法及混合处理方法等。
目前，船舶采用的生活污水处理方式主要有两种：收集贮存式和处理排放式。
收集贮存式
通过专设的粪便柜收集贮存含粪尿的厕所冲洗水，集中排放到岸上接收装置或待航行到非限 制海域时排放。其粪便柜应将加强筋放在柜的外侧，以利清洗内部，同时柜内壁应涂敷环氧树脂或采用玻璃钢衬里，以防锈蚀。采用这种处理方式的装置，只需从各个厕所汇集粪尿的管路和足够容量的贮存舱柜即可，所以装置十分简单，造价低，但贮存舱柜的容量往往需要很大，特别是长期航行或停泊在禁止排放的海域的船舶，更是如此。同时当粪尿需要长期贮存时，还必须使用化学药品杀菌、消毒和除臭，增加药品费用。
处理排放式
设置专门的生活污水处理装置，将生活污水经物理、化学、生物等处理后直接排放或处理后的净水回收循环使用。根据其处理的方法的不同、具体又有如下几种常见方式：
1) 生化处理：又称活性污泥处理或曝气处理。
其通常是利用好氧性微生物为主的活性污泥对污水中的有机物进行氧化分解，使其变成无机物，然后进行化学药品消毒处理再排放。
2) 理化处理：先将生活污水进行机械分离,使液体和固体分开，然后用化学药品对污水进行除臭、消毒、杀菌，达到排放标准后排放或循环利用，而泥渣、污泥等固体废物则送到焚烧炉焚烧。
采用此种处理装置与生化相比较,装置较轻小，随时可停止或启动，容易实现自动控制，而且处理后的水质也可不受船舶摇摆和不同海域水质的影响,是船舶常用的另一种处理方式。但也存在装置较复杂，维修管理要求较高等缺点。
压载水处理系统选用要求：
压载水处理系统的选用涉及面广泛。一方面就具体船舶而言，其与船舶的营运特点、压载水的处理要求、可布置处理设备舱室的空间、压载舱的总容量、压载泵的排量、动力供给、与船舶其他系统的协调和操作要求等等，均直接或间接相关。
另一方面，就压载水处理系统而言，作为一种新产品，压载水处理技术正处于发展中，尽管已有部分压载水处理系统投入使用，但迄今获得经验还很有限，每一种处理系统均有其特点，如使用电解海水法的处理装置对淡水压载水没有处理能力、使用紫外线法的装置对浊度大的压载水处理能力有限、某些处理系统的体积过于庞大以及某些处理系统的功率消耗太大，而过滤法、分离法和紫外线法在装载和卸载时进行，并在尺度上选择压载系统中最大的流率；相反地，化学杀灭剂和脱氧法通常应用于在压载水舱中达到一定的浓度，这些系统，泵流率的影响并不太大，而主要是允许压载水在舱中保存时间以达到预计的杀灭率，此法对短航程船舶可能并不适用。
基于上述各种原因，目前，几乎没有一个处理系统能对所有船舶都适用。为了更好地发挥各类压载水处理技术的优点，避免缺点，很多处理系统是基于二种或更多技术的组合。实际上，压载水处理系统的选用是各种因素综合评估的结果。
压载水处理技术：
各个压载水处理系统都有其基本特性，这些特性可能会对特定类型、航线或压载水流量的船舶有一定影响，也即对处理系统的适用性有一定影响。基本处理方法和技术可分为：
• 机械法 (过滤或分离)
• 物理消毒法 (紫外线照射、气穴现象、脱氧等)
• 化学处理法(抗微生物剂和药剂)
每种技术都有其自身特点，从而会影响对某条特定船舶适用性。大多数处理系统都是采取上述的技术的组合，以克服某一技术的缺点。
(1) 机械法
该系统要求将全部压载水流经滤器、旋分器或者其他分离器。对于大流量压载水的情况，设备的尺寸可能会带来问题。如果设备是在压载水排放时使用，大量滤出物必须保留在船，会增加储存负担。
(2) 物理消毒法
紫外线处理通常是在压载水打进和排放时进行，其有效性受到水的浊度的影响，水的浊度会影响光线的穿透能力。脱氧处理可能需要几天的时间才能保证对水生物的杀伤率，另外，压载舱一定要有密闭的通风系统且应被完全惰化。
(3) 化学处理
加药量应该合适，通常能在几个小时内达到对水中生物的杀灭率，但压载水排放时可能还残留过量的药物，因此通常需要对水中药物进行中和处理，以确保对排放环境无害。另外如果压载舱中药物浓度过高，还有可能腐蚀压载舱壁。
一段视频带你了解船舶压载水处理系统
我们再来见几种国外在船舶上应用的污水处理系统：
TRITON EVO污水处理系统：
为满足2010年1月1日起生效的经修订的生活污水处理装置排出物标准和性能试验实施导则MEPC.159(55)要求，希腊环境保护工程公司（简称EPE SA）近日公开了一种船上一体化污水处理系统——TRITON EVO。
TRITON EVO系统流程示意图
该系统包含生物反应器和液相分离相结合技术，也称为MBR(Membrane Bio-Reactor)——膜生物反应器。TRITON EVO首先进行预处理阶段，通过网格不大于1mm的滤网过滤掉污水中含有的颗粒废物，之后进入缓冲池使其以稳态进入下一级和主要处理阶段（生物反应）。生物反应前两个阶段是脱氮，在第三个生物反应阶段主要是剩余污染物的生物氧化。第三个阶段取代了目前常用的但不能满足严格的规则要求的沉淀柜处理过程。
此外，通过利用超过滤技术（0.01µm），无需通过化学杀菌即可除去细菌和微生物，处理后的污水可重复利用。
TRITON EVO系统三级生物反应处理示意图
TRITON EVO系统是唯一通过具有减少氮含量功能的污水处理装置，虽然国际海事组织IMO有关规定未对该含量有相关要求，但是波罗的海区域国家有此项要求。
TRITON EVO系统于2008年10月获得英国劳氏船级社依据MEPC.159(55)的认证，并在2009年荣获Seatrade“海洋和大气环境保护奖”。
不同型号TRITON EVO系统的处理能力
该系统为全自动运行，结构紧凑，高处理量，且适用于不同大小和不同船型的船上。
BilgeMaster污水处理系统：
德国机械设备供应商基伊埃公司（GEA）推出了BilgeMaster污水处理系统，以满足日益严格的环境保护要求。BilgeMaster污水处理系统无需采用吸附过滤器或化学物质，仅需采用机械分离就能帮助船舶满足污水处理后残油含量低于15ppm的要求。但是为了积极应对环境保护要求的挑战，很多航运公司纷纷要求污水中油含量最多不超过5ppm，对此GEA通过采用加装吸附膜技术，可实现在任何工况下处理后的油污水中油含量最多不超过5ppm的要求。
GEA BilgeMaster污水处理系统原理图
国外阅读：伊丽莎白女王号航空母舰
用于安装在“伊丽莎白女王”号航母上的综合废物管理系统（IWMS）的主要组件——废水处理装置（WWTP），是由巴布科克公司生产并交付。巴布科克公司与英国航母联盟（ACA）签订了IWMS设计合同，根据合同规定，IWMS将负责解决航母运行中所带来的各种液体、固体废料的收集、转运、处理、装载以及卸载等问题。
废水处理装置是废物管理系统的关键组成部分，将会处理舰上产生的黑水（污水）和灰水（洗浴废水、厨房废水、洗衣废水等），且排放标准符合国际船舶防污染公约73/78和海洋污染控制国际标准附件四的要求。这套废水处理装置包含膜生物反应器（包括错流、充气以及部分循环式除盐系统）和黑水收集系统，而且每艘航母都将安置3套相同的、全自主式废水处理装置，分别安装在舰艏、舰中和舰艉处。
来自舰上厕所和医疗中心的黑水将被真空转运到临近每个废水处理装置的黑水真空水舱，灰水中的大多数则被收集到具有双层船底的灰水水舱（厨房用水和处理食物用水经润滑脂分离器处理汇聚在这里）中。接下来在各模块间进行的黑水或灰水转运是由综合平台管理系统控制的全自主过程。薄膜生物反应器装置产生的生物废料将定期用泵抽运到岸上、船外或是通过固体废物和最终处理系统在舰上进行烘干和热破坏（热分解）。生物废料中的干燥不可挥发部分将达到2%~3%。
国外阅读：维克拉玛蒂亚“航空母舰污水处理系统
”维克拉玛蒂亚“号航母在印度西南部卡纳塔克邦的卡尔瓦尔海军基地进行维护底部舱室的污水处理系统发生毒气泄漏事故，一名印度海军军人和一名维修工人死亡，另外2人受伤。从这起事故中我们知道了航母的一个重要的辅助系统，污水处理系统。那么，就让利刃军事和大家共同学习研究一下航母污水处理系统，究竟是一种怎样的构造和功能吧。
“维克拉玛蒂亚”号航母（资料图）
航母船员上千人，每天都会产生140多万升的生活污水，这些污水中有粪便，其中带有各种肠道病原菌和病毒等污染物，其他的油脂、食物残渣、洗涤剂也不能无序排入海洋污染环境。因此，航母上都有生活污水处理装置，比如黑水处理装置CLFF系统、VCHT系统、GATXMKI系统、IERED系统，等等，用来收集、贮存和转送污水。
收集构件把粪尿和废水集中到贮存罐，12小时内航母产生的生活污水都贮存在此，然后通过管道送入过滤器，进行曝气、生物处理、澄清和氯消毒等处理，其他部件如蒸气（臭气）处理系统、污泥泵、系统控制器及导管和布线也非常重要，处理完的中水可进行再利用，比如输送到再循环卫生间。
对于污染程度较低的灰水，有此国家海军也会不作处理就进行排放。但是，航母会先将这些灰水输送至CHT贮存柜中，待航母驶离海岸线5千米之外再排出舷外，防止这些灰水污染海军基地附近海域，造成舰员和附近居民的二次感染。先进一些的方法是把收集到的灰水输送到码头接纳装置，由当地污水处理设施进行净化。
目前，航母污水处理也在不断引入新技术，提高处理的效率。比如，使用超滤一反渗透的方法，通过膜分离技术，装置体积小、效率高、自动化、分离效果不受震动的影响，既操作简便，又节省能源，有利于废水废油的回收利用。另外，综合处理系统将在航母上逐步推广应用，把废水废物综合处理，省去分拣的过程，液体和固体垃圾可同时得到处理，系统的主要部件是粉碎机和变换器，能够把垃圾进行分解、分离、处理，优点是操作简单，废水、废物处置都封闭进行，对舰艇人员的健康不会有影响。
在这些污水处理过程中，势必会产生大量的废气，比如硫化氢气体就要通过专门的通道排到大气之中，否则就容易出现爆炸、人员中毒等事故。“维克拉玛蒂亚”号航母的这次事故，就是有4名人员吸入了毒气，也可以说是航母运行的系统工程还不过关，毕竟一航母航母远不是能够起降舰载机就达到了作战巡航的全部要求。他山之石可以攻玉，从印度海军的事故中，解放军相关部门和舰艇也应该吸引教训，要记得在未来的航母运行中做好所有作战系统和辅助系统的训练和战备工作，做到防患于未然。
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参考资料来源：中国船舶网等。
编辑：亚瑟丨统筹：潘鹏
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