海上平台生活污水处理设施处理效果比较＊

张保学张保华孔祥军王　亮

（1.国家海洋局南海环境监测中心；2.中国海洋石油总公司节能减排监测中心）

海上平台生活污水处理设施处理效果比较＊

张保学1张保华2孔祥军2王亮2

（1.国家海洋局南海环境监测中心；2.中国海洋石油总公司节能减排监测中心）

文章介绍了各种污水处理设施的设计原理、工艺流程及其优缺点，并结合现场对生活污水处理设施出水水质中COD的监测，比较了各种设施的污水处理效果：生化法生活污水处理装置其出水COD排放值288～728 mg/L，不满足GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》一级标准限值要求；第二代生活污水电解装置处理后的COD值满足GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》一级标准限值要求。结果表明：生化法处理设施对污染物处理效果不理想，不适合在海上平台使用；电解法污水处理效果好，在旧平台改造和新平台建设中具有良好的应用前景。

海上平台；生活污水处理设施；生化法；电解法；COD

0　引 言

近年来，我国海洋石油勘探开发迅猛发展，产能不断扩大，一方面促进了海洋经济和石油经济的发展，另一方面给海洋环境保护带来了不容忽视的风险。海上平台长期坐落在海洋中，平台上的工作人员日常产生的生活污水未经处理或处理不当会导致海洋环境污染。目前海上平台生活污水对海洋环境的污染越来越受到重视［1-2］。

为了保护海洋环境，限制污染物的排放，国家于2009年5月颁布实施了GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》［3］，此标准对海洋石油勘探开发中排海生活污水中的COD排放要求和限值作出了具体规定。一级海域、二级海域COD≤300 mg/L；三级海域≤500 mg/L（①一级海域指渤海、北部湾，国家划定的其他海洋保护区域和其他距最近陆地4 n mile（海里）以内的海域；②二级海域指除渤海、北部湾，国家划定的其他海洋保护区域外，其他距最近陆地大于4 nmile且小于12 nmile的海域；③三级海域指一级和二级海域以外的其他海域）。

海上平台生活污水种类和来源主要包括平台厕所排出的含有粪、尿的污水（俗称黑水），以及平台生产设施区的厨房、洗手间、洗衣间排出的含有洗涤剂的污水和医务室排出的污水（俗称灰水）［2-4］。目前海上平台处理生活污水主要有两种方法［4-11］。一种是生化法［8-9］，利用活性污泥中的微生物对生活污水中的污染物进行降解。另一种为电解法［10-11］，将混有海水的生活污水进行电解，产生的次氯酸钠（NaClO）是强氧化消毒剂，可以充分与污水接触，通过氧化分解，达到去除污染物的目的。

本文以渤海海域（一级海域）海上平台所配备的不同类型生活污水处理设施为例，介绍了其工作原理和工艺流程，并结合重铬酸钾法［12］测定的处理后生活污水的COD值，对海上平台生活污水处理设施的处理效果进行了比较，进而为生活污水处理设施的选型提供参考依据。

1　生化法生活污水处理设施

1.1原生化法

该方法为最早海上平台所采用，该生活污水处理装置由五个水密的腔室组成，分别为污水柜、一级接触氧化柜、二级接触氧化柜、沉淀柜和积水柜。

其工作原理是，生活污水进入污水柜，经过充分粉碎后，流进一级接触氧化柜，通过气泵对其进行曝气、反应，经处理后的污水流过填料与生物膜接触，其中有机污染物被生物膜粘附消解，生成无污染的CO2和水。污水再经过二级接触氧化柜的生物膜进一步处理后流入沉淀柜进行沉淀、撇渣，最终进入积水柜。当积水柜收集到一定水量时，启动流程泵，将处理后的污水打入超滤装置过滤水中的杂质，过滤后的水通过紫外线消毒装置将水中的细菌消除干净后直接排放。沉淀柜内沉淀的污泥经过提气装置回流至一级接触氧化柜，用以提高出水水质，减少进水浓度，调节和稳定冲击负荷，提高生物膜活性，提高接触氧化柜的有机负荷率。其工艺流程见图1。

图1　生化法生活污水处理装置工艺流程

对该设施间隔2 h采样，连续监测3 d，其出水COD排放值为288～728 mg/L，不满足GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》一级标准限值要求。原因在于海上平台远离陆地，为了节省淡水资源，平台都使用海水冲洗厕所，导致污水中含盐量增加，微生物活性下降或失活，实际应用中对生活污水的处理效果并不理想。

1.2外置MBR法

该设施实际为原生化法设施的改进型，在原生化装置的末端增加了外置式膜组件，以期对曝气处理后的污水进行进一步处理。其装置本体主要由生化柜、污泥柜、清水柜及膜组件组成。

其工作原理是，黑水和厨房灰水直接进入一级生化处理柜，在生化处理柜内进行好氧处理以去除有机物。经过处理的污水流入沉淀柜进行初步泥水分离，沉淀后的污泥流入污泥柜，上清液进入二级生化处理柜进行进一步生化处理，然后通过循环泵打入膜组件，再由抽吸泵抽入清水柜。洗漱用水和浴室排水直接进入清水柜，与处理后的黑水和厨房灰水混合，到达一定液位后由排放泵间歇排放。其工艺流程见图2。

图2　外置MBR法生活污水处理工艺流程

对外置MBR设施，同样间隔2 h采样，连续监测3 d，其出水COD排放值为236～496 mg/L，也不满足GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》一级标准限值要求。

该种型号的污水处理设施缺点在于：

①由于平台使用海水冲洗厕所，导致污水中含盐量增加，并且在不同的时段，进入装置的水量、水温、污染物含量都呈现巨大差异，该处理装置耐受水量水质冲击能力不足，生化段难以起到实际作用，外置MBR膜组件实际仅起到了过滤作用，尽管能消减一部分COD排放，但处理效果仍不理想。

②该装置只对黑水和厨房灰水从源头进入生化段处理，而其余灰水没有处理，最后在清水柜与处理后的黑水和厨房灰水混合后直接排放，使得大部分灰水中的污染物没有消减就直接排海，在设计上存在缺陷。

1.3内置MBR法

该设施为陆地MBR法在海上平台的紧凑版，装置由初沉池、总调节池、水解酸化池、接触氧化池、MBR池、污泥浓缩池、回注回用池、冲厕回用池等功能单元组成。

其工作原理是，只对平台灰水进行MBR法处理，处理后的清净水一部分回用冲厕，一部分随生产污水回注地层，实现生活污水再利用。其工艺流程见图3。

图3　内置　MBR法生活污水处理工艺流程

对内置MBR设施，同样间隔2 h采样，连续监测3 d，其出水COD排放值为23.1～60.7 mg/L，处理后的COD值满足GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》一级标准限值要求。

该种型号的污水处理设施优点在于只对灰水进行处理，然后一部分回用于冲厕，一部分随生产污水回注地层，该法避免了冲厕使用海水对污泥中微生物的破坏，提高了处理效率，能够实现生活污水再利用。

但该法需要进行定期维护，做到及时清淤和培养微生物，在平台维护费用较高，并且占用平台空间也较大，尽管出水COD满足GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》一级标准的要求，但出水水质仍显淡黄色，并带有微臭，再回用于冲厕，造成员工不适，实际推广价值并不大。

2　电解法生活污水处理设施

2.1第一代电解法

第一代生活污水处理装置为12MC Custom Unit型，装置本体主要由缓冲罐、电解板、清水柜等组件组成。

其工作原理是，将混有海水的生活污水，经过特制的污水电解槽。电解槽由阴极和阳极组成多个电解室，经海水混合后的污水在电解槽中发生如下反应：

其中反应所产生的活性NaClO是强氧化消毒剂，在副产物气体的搅拌作用下，可以充分地与污水的细菌接触，从而迅速地、几乎彻底地将其全部消除。同时，污水中的有机化合物，在阴极间发生电化学氧化分解反应，转变为二氧化碳和水，通过氧化分解达到消除污染物，降低COD排放值。其工艺流程见图4。

图4　12MC型生活污水处理工艺流程

连续3 d的监测结果见表1。表1表明，在用水高峰时段（08：00，12：00，14：00，16：00，20：00），12MC型生活污水处理装置抗水力负荷能力较差，处理后的COD值在12：00，14：00不能满足GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》一级标准限值（COD≤300 mg/L）要求。

表1　第一代电解装置生活污水COD监测结果　mg/L

2.2第二代电解法

第二代生活污水电解装置为Series 55型，装置本体主要由缓冲罐、电解板、停留池、电凝聚反应器（二级电解）、清水柜等组件组成。

其工作原理是，黑水和灰水先进入收集池（缓冲罐），收集池内设计一粉碎机对污水进行初步的处理，处理后的污水与一定量的海水混合在电解池中通过电化学反应氧化并消毒污水；随后污水流入电凝聚反应器（二级电解）进一步电解反应，去除有机物和杀灭细菌；当污水充分电解后，流入停留池，以保证剩余的细菌被杀灭，并且让部分氧化的物质在池中沉淀；停留池中的污水最终流入清水柜，达到一定液位后排放。其工艺流程见图5。

高职中外合作办学项目实现科学、良性发展，必须要有完善的监督机制，整个办学过程应该被放置于政府部门以及整个社会的监督下，因此，相关部门必须要加快推进高职中外合作办学项目的公示公开制度，要将整个中外合作办学项目的办学许可、教育过程、资金使用等等向学生、家长乃至社会进行公开，进一步加强社会舆论监督，有效维护学生的合法权益，政府部门在这一过程中要发挥积极作用，逐步推动高职中外合作办学项目的管、办、评分离，努力形成办学者自律、社会监督和政府部门有效监督的监督机制，促进高职中外合作办学的健康发展。

图5　Series 55型生活污水处理工艺流程

连续3 d的监测结果见表2，表2表明，由于第二代生活污水电解装置扩大了收集池（缓冲罐）容量，抗水力负荷能力加强，同时增加了电凝聚反应器（二级电解），产生的亚铁离子对悬浮物起到絮凝沉淀作用，因此在不同的用水时段，出水水质比较平稳，处理后的COD值均满足GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》一级标准限值要求。

表2　第二代电解装置生活污水COD监测结果　mg/L

由于海水中含盐量只有3%左右，会消耗大量的电能，电解法在实际使用中，并且电解法是将海水和生活污水混合后电解，污水中的有机污染物极易对电极造成损坏，缩短使用寿命；电凝聚反应器的铁电极严重依赖进口，价格高。

2.3改进的电解法

自2013年起，海洋石油勘探开发科研部门对海上平台生活污水电解法进行了一些改进，以期进一步提高电解效率以降低设施制造和运行成本。

①将海水加盐后再电解，提高了电解效率，同时产生的次氯酸钠（NaClO）浓度也会增加，消减COD效果会更好。

②生活污水直接进入消毒池，只对高浓度食盐水进行电解，避免污水中的有机物对电极的损坏，延长了电极的使用寿命。

③使用铁碳合金原电池，替代电凝聚反应器，实现设施的国产化，降低制造成本。

④污泥经压滤机压实干化后，运回陆地处理，不再反冲洗排海，进一步降低对海洋的污染。

3　结束语

电解法作为一种清洁工艺，适合于人口拥挤、使用海水冲厕、空间狭小的海上平台的生活污水处理，在进行污水电解流程、絮凝方式改造后，在旧平台改造和新平台建设中具有良好的应用前景。

［1］ 代文，卫建魁.浅谈海上油田应对海洋污染的措施［J］.石油工业技术监督，2013（4）：58-60.

［2］ 李玉田，闫肃，谢陈鑫.海上平台生活污水处理系统工艺改造实践［J］.广东化工，2014，41（12）：275-276.

［3］ GB 4914—2008海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值［S］.

［4］ 王鹏，蒋轶俊.生活污水处理装置在海洋平台上的设计应用［J］.船舶工程，2013，（35）：155-158.

［5］ 盛朝辉.浅谈海洋石油平台污水的处理技术［J］.中国石油和化工标准与质量，2013，16：66-67.

［6］ 高光才.海上平台生活污水处理技术及处理设备［J］.中国海上油气（工程），2002，14（3）：5-8.

［7］ 李伟涛，孙占新.海洋平台生活污水处理工艺及发展趋势［J］.化学工程与装备，2011（4）：172-175.

［8］ 荆肇乾，吕锡武，赵硕伟.膜生物反应器处理生活污水及中水回用［J］.中国给水排水，2006（18）：77-78.

［9］ 李嘉，赵景发.膜生物反应器在海上采油平台生活污水处理中的应用［J］.工业水处理，2013，33（9）：84-86.

［10］刘光成.电催化氧化法处理海上平台生活污水的现场应［J］.工业水处理，2014，34（7）：77-78.

［11］付胜楠.电化学法处理工业废水和生活污水的研究与应用［J］.煤炭与化工，2014，37（8）：149-152.

［12］GB 11914—89水质化学需氧量的测定重铬酸盐法［S］.

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.06.009

1005-3158（2015）06-0033-04

2015-05-30）

（编辑 李娟）

国家海洋局海洋行业标准制修订计划（201502056-T）。

张保学，2004年毕业于武汉理工大学环境工程专业，硕士，现在国家海洋局南海环境监测中心从事海洋环境监测分析与风险评价工作。通信地址：广东省广州市新港西路155号南海环境监测中心，510300