Holistic Evaluation of Cruise Vessel Advanced Wastewater Purification Process through Mass Balance

Abstract

This thesis was made for Royal Caribbean Cruises Ltd. Technical New Building Office in Turku to find out the amounts and concentrations of different wastewater streams generated on board cruise ships as accurately as possible and to develop a simple “mass balance” tool for evaluating hydraulic, biological and nutrient loading on the wastewater treatment system. The work included analysing and compiling the measurement data as well as developing the calculation tool with Microsoft Excel. The written report was to include a literary introduction to wastewater treatment technologies used on ships as well as relevant legislation.

Mass balance charts are made in the ship’s design stage by the equipment manufacturers to determine the expected wastewater loading. The need for a simple mass balance model comes from the fact that often these estimations vary considerably between manufacturers.

The measured values were divided by the total amount of passengers and crew on board the ship from where the measurements were taken to reach comparable per person values. The mass balance tool is based on the assumption that wastewater amounts increase linearly with the passenger capacity of the ship. This relationship gives the tool adequate accuracy to predict wastewater amounts for different sized ships. Some problems were encountered with inconsistencies in the background data as it was collected from several different sources. The background data for the mass balance model is not published in this thesis. Furthermore some references are made to unpublished documents such as technical specifications with permission from the manufacturer.

Tämän opinnäytetyön toimeksiantajana oli Royal Caribbean Cruises Ltd.:n tekninen toimisto Turussa. Opinnäytetyön tarkoitus oli selvittää risteilylaivoilla syntyvien jätevesien hydraulinen sekä biologinen kuormitus sekä luoda massatase–malli, jonka avulla erikokoisten laivojen jätevesimääriä voisi helposti laskea matkustajamäärän mukaan. Lisäksi malliin on laskettu tiettyjä jäteveden puhdistukselle keskeisiä parametrejä kuten biologisen prosessin ylläpitämiseen tarvittava ilmamäärä. Työ sisälsi mittaustulosten keräyksen ja analysoinnin sekä massatase-mallin tekemisen Microsoft Excel –ohjelmalla.

Laivan suunnitteluvaiheessa jätevedenpuhdistuslaitosten toimittajat tekevät massatase- kaavioita arvioimaan veden virtausmäärää, orgaanisen aineksen, ravinteiden sekä kiintoaineksen pitoisuuksia. Usein kuitenkin arviot vaihtelevat huomattavasti. Opinnäytetyön massatase-mallin laskurin tavoitteena on antaa mahdollsimman tarkkaa, mitattuihin arvoihin pohjautuvaa dataa suunnittelun avuksi.

Mittaustulokset jaettiin laivan matkustajien ja henkilökunnan kokonaismäärällä, näillä per henkilö arvoilla malli laskee jäteveden sekä orgaanisen aineen ja ravinteiden kuormituksen annetulle henkilömäärälle. Opinnäytetyön massatase-malli perustuu mahdollisimman paljon olemassa olevien laivojen mitattuihin jäteveden virtausmääriin ja pitoisuuksiin. Siitäkin huolimatta joitain tietoja jouduttiin arvioimaan kirjallisuuden pohjalta taustatiedon ollessa riittämätön tai ristiriitainen. Koska mittaustuloksia kerättiin useasta eri lähteestä, on jälkikäteen hyvin vaikeaa ottaa kantaa poikkeaviin arvoihin ja tulosten tarkkuuteen. Pääsääntönä poikkeavia arvoja ei poistettu, varsinkin koska mittaukset oli suorittanut jokin muu taho. Mittaustulokset ja tekniset erittelyt, joihin raportissa, viitataan ovat luottamuksellisia.