基于秸秆沼气的船舶有机垃圾循环利用技术研究

文/陈娟

现有船舶污染物接收设备操作和运输处理繁琐，船上有机污染物被随意倾倒，破坏航道水质的问题时有发生。形成高效的船舶有机垃圾回收处理系统对提高船舶垃圾处理水平，有效降低航道水质污染，改善航道生态环境具有重要应用意义。本文将基于秸秆沼气技术发展和船舶废弃有机物处理现状，探究基于秸秆沼气的船舶有机垃圾循环利用技术应用意义，对该技术如何提高处理降解有机污染物的效率，更大程度实现回收利用等应用要点进行分析。秸秆沼气技术是一种利用沼气设备，以农作物秸秆为主要原料，在严格的厌氧环境和一定的温度、水分、酸碱度等条件下，经过微生物厌氧发酵产生一种可燃气体的技术。20世纪90年代以来，为解决农作物秸秆焚烧造成的环境污染问题，秸秆沼气技术得到推广应用，经盐城、淮安、扬州、南通等地区示范应用均取得成功。以秸秆为原料生产沼气不仅很大程度解决了我国秸秆的环境污染问题，还为解决沼气大规模推广需要的大宗原料问题提供了途径。反观船上废弃有机物的处理方式却依然不容乐观。目前，虽然船上安装了生活污水处理装置，但仍有大量不经设备处理进行直排的违规行为，部分航道船闸和水上服务区安装了智能垃圾回收站、船舶油污接收设备，也有个别市配置了垃圾回收船，但利用率不高，现状改变不大。当下，基于现有处理技术提高船舶有机垃圾循环利用水平成为亟待解决的问题。

一、基于秸秆沼气的船舶有机垃圾循环利用技术原理

秸秆是微生物厌氧发酵的高效原材料，首先利用沼气设备的集污池，在以秸秆为主进行一次性投料的基础上，利用船上餐厨垃圾、粪便及其他腐烂的有机污染物质连续进料，将一定数量的废弃有机物储存在集污池中制成船用发酵原材料。其次，发酵原料经过处理降解装置产生沼气，制成的沼气通入船员生活场所，供船员生火做饭等。最后，对船舶有机垃圾处理降解后的排出水进行消毒并泵送，用作水培蔬菜及养殖花鲢等鱼类，基本可以解决船员部分食物需求问题。如此能够充分考虑船舶废弃有机物的接收、存储、处理降解及排放水消毒再利用，充分利用秸秆沼气技术接收船上垃圾并方便地处理降解为沼气进而提供船员生火做饭等所需燃料，并利用处理降解后的排放水培植蔬菜及养殖鱼类，实现船舶有机垃圾的循环利用，减少污染物倾倒排放。

二、基于秸秆沼气的船舶有机垃圾循环利用技术方案

为实现高效回收利用船舶有机垃圾的目的，本技术方案解决其技术问题主要是采用将船舶废弃有机物的接收、存储、处理降解及排放水消毒等装置连接成一个系统，发挥循环利用的目的。图1示出此船舶垃圾处理循环系统平面布置图，形成的船舶垃圾处理循环系统主要包括污水入口1、集污池2、生化降解处理池3、出水养殖沉淀池a（4）、出水养殖沉淀池b（4-1）、紫外线消毒装置5、冷却水加热池6、温度感应器7、沼气灯8、沼气灶9、截止阀10、冷却水蒸发池11、水泵12、管道a、管道b、管道c、管道d、管道e、管道f及阀门v1、阀门v2、增氧泵v3。此船舶垃圾循环利用系统在以秸秆为主进行一次性投料的基础上，利用船上有机污染物质，将船上餐厨垃圾、生活污水（此处指由船员产生的粪便）通过污水入口1储存在集污池2中制成船用发酵原材料，生化降解处理池3中秸秆及船上废弃有机物经降解处理装置产生沼气燃料、废水及杂质；通过紫外线消毒装置5后，杂质被截留，废水消毒后被泵送入水培蔬菜池a（4）及花鲢等鱼类养殖池b（4-1）；沼气燃料通过管道继而进入船员生活场所（沼气灯8、沼气灶9）提供能源；同时，利用船舶冷却水，冷却水加热池6自动对生化降解池加热，即当气温较低，生物降解处理池达不到微生物厌氧发酵产生沼气所需温度时，温度感应器7报警，打开船舶冷却水管道，船舶冷却水多根管道经过生化降解池底部对其加热，保证系统正常运行。系统中污水入口为装有截止阀的两端开口管道的一端，此管道前段为直线型，接入集污池较底端的后段采取弧形，开口向上，当集污池中含废弃有机物的污水达到一定数量，进料形成的水压下泄可对生化降解处理池中最上表面形成多次搅拌作用，防止有机物上浮而难以进入降解池。当船员从污水入口倒入废弃物时，截止阀在压力作用下自动开启，当无压力作用时，截止阀保持关闭，污水管道维持密闭状态，避免污染空气。系统中集污池存储接收的船上废弃有机物作为沼气发酵原材料。生化降解处理池存储一次性投料的秸秆为沼气发生设备提供初始原料，并利用厌氧氧化发酵、接触氧化发酵、生物反应器相结合的处理技术，有效降解船舶生活污水中的有机污染物质，进而产生沼气燃料。出水养殖沉淀池主要用于沉淀、截留污水中的菌体，提高污水处理设施处理效率的同时大大改善出水水质。管道除各处理流程间的连接通道外，还包括排放端前端的消毒管道，此管道设置紫外线杀菌器，使得排出本体外的水质菌群达标，能够用作水培蔬菜及养殖鱼类。冷却水加热和蒸发池利用船舶本身机器内冷却水的热量对生化降解池和蒸发池加热，在气温较低时也能确保沼气发生所需的温度，保证系统正常运行。同时，可以对出水养殖沉淀池多出来的水进行加热蒸发，减少出水养殖池内水流入航道。

图1 船舶垃圾处理循环系统平面布置图

三、基于秸秆沼气的船舶有机垃圾循环利用技术应用优势

由于这种基于秸秆沼气的船舶有机垃圾循环利用技术能够实现船舶有机垃圾高效降解转化，从而具有以下应用优势：第一，实现便捷操作，就地转化，在船舶场所安装装置即实现就地收集船上所有废弃有机物，通过装置即可有效地将废弃有机物发酵为沼气能源进行使用。第二，节约资源，降低人力物力成本，利用秸秆沼气技术，装置直接在船舶安装使用，无需像现在安装的污水处理器24小时通电运行，同时释放由码头收集污染物，再经车辆送到指定处理场进行再处理所产生的大量人力、物力资源等相关费用。第三，实现废弃资源再利用，同时解决船员生活场所燃料来源问题，通过收集船上餐厨垃圾、生活污水等废弃有机物作为原料，进而发酵为沼气，辅助提供船上生活燃料，充分利用废弃有机物，同时能有效补充船员生活场所烧火做饭等燃料来源问题。第四，能够改善船舶卫生条件，利用沼气当燃料，无烟无尘，清洁方便。船民生活产生的粪便、垃圾、生活污水等都是沼气发酵的原材料，随着这些原料进入处理降解池的病菌、寄生虫卵等能在池中密闭发酵被杀死，从而改善了船上环境卫生条件，有益于船员身体健康。第五，改善航道水质，保护航道生态环境，此技术可以较大程度地减少船舶污染物直排和餐厨垃圾等向航道倾倒，减轻航道水质污染，保护航道环境。第六，解决船员的蔬菜等食物需求问题，此技术直接利用沼气发生装置的排出水消毒泵送，提供水培蔬菜和养殖花鲢等鱼类的水体来源。船员利用系统泵送水种菜养鱼，能够基本满足蔬菜等食物需求，使系统达到生态循环。

结束语：

本次基于秸秆沼气的船舶有机垃圾循环利用技术研究是从秸秆沼气技术发展和船舶有机垃圾处理现状亟待改善的现实情况出发，探究利用秸秆沼气实现船舶有机垃圾高效处理降解，进而循环利用的问题。该技术通过将船舶废弃有机物的接收、存储、处理降解及排放水消毒等装置连接成一个系统，充分利用秸秆沼气技术接收船上垃圾并方便地处理降解为沼气进而提供船员生火做饭等所需燃料，并利用处理降解后的排放水培植蔬菜及养殖鱼类，实现船舶有机垃圾的循环利用，减少污染物倾倒排放。