电解法生活污水处理装置在海上平台的应用

郭奕杉，冯文东，朱梦影，张耘赫，孔令雷



电解法生活污水处理装置在海上平台的应用

郭奕杉1，冯文东1，朱梦影2，张耘赫1，孔令雷1

（1. 中海石油（中国）有限公司蓬勃作业公司，天津 300459； 2. 中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300459）

电解法可以有效处理和净化生活污水。阐述了电解法处理生活污水的原理及特点，对蓬莱19-9油田J平台生活污水处理装置的工艺流程进行了详细介绍。数据表明经装置处理后的COD排放值可以满足GB4914-2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》排海标准。为了使污水处理装置更加高效地被利用，对J平台使用的电解法处理生活污水装置进行了设备改进，在提高了处理效果的同时降低了维护成本，相关经验可推广应用于新平台的建设及旧平台的改造。

海上平台；电解法；生活污水处理；COD4；蓬莱19-9油田

海上平台是长期矗立在海洋中的油气开采设施，人员日常生活产生的污水直接排海会导致污染。生活污水处理装置是海上生活设施所必需的基本设备[1,2]。蓬莱19-9油田采用电解法处理生活污水，使其COD等指标满足法规排放标准要求。作为新投产的海上平台，蓬莱19-9油田J平台对传统电解法处理生活污水设备进行了改进，在提高处理效果和降低成本方面取得较好成效，可在今后的设计和应用中予以借鉴。

1 生活污水水质

根据来源不同，可将平台生活污水分为灰水和黑水。灰水是指洗手池、洗衣间、厨房及医务室排出的含有洗涤剂或医疗化学物质的水。黑水是指厕所下水管排放的含有粪、尿等排泄物的水。生活污水含有大量的细菌和油污，若直接排放，污水中过量的氨氮和磷酸盐会导致水体富营养化加剧，严重污染水体[3]。

表1 为平台生活污水主要指标物质含量。

表1 蓬莱19-9油田J平台生活污水主要指标

2 电解法处理生活污水

2.1 电解法原理

2.1.1 电絮凝技术

电絮凝设备以铝、铁金属作阳极，在直流电作用下产生金属离子。这些金属离子在以废水为电解质的溶液中进行水解、聚合，生成了氢氧化物及多羟基高分子线型物。继而通过压缩双电层作用和吸附架桥作用使污水中悬浮物和乳化物失稳，最终形成絮状物质凝聚沉淀。在这一过程中，具有链式结构的配位化合物与氢氧化物对污水中悬浮颗粒、油脂进行高效吸附，其吸附能力要大于通过药剂水解方式得到的液态吸附剂[4-7]。

以金属铁做阳极为例，主要电极反应为：

阳极 Fe→Fe2++2e-

Fe2++2OH-→Fe(OH)2

4Fe2++O2+2H2O→4Fe3++4OH-

阴极 2H2O+2e-→2OH-+H2

2.1.2 电解槽处理

与电絮凝原理类似，通电后电解槽装置的阳极生成具有强还原性的金属离子，对废水中难以降解的物质进行还原反应。同时，阴极发生电化学氧化反应，废水中有机物被直接氧化为H2O、CO2或分解成低分子有机物。

实际运用中，将生活污水与海水混合，然后流入由多组阴、阳极构成的电解槽设备。含有大量NaCl的海水在电解槽中发生反应：

NaCl+H2O=NaClO+H2↑

反应产物NaClO作为强氧化消毒剂，在气体搅拌作用下与废水中细菌充分接触，可以大量、近乎完全地将细菌杀灭[4-9]。

2.1.3 电气浮作用

电解过程中，物质被电解氧化而产生的O2、H2及少量Cl2对废水中悬浮物有很强的捕获能力。这些在水中以极小气泡形式存在的气体与絮状颗粒接触后，使其上浮至液面形成浮渣而得以去除。

整个电解法处理污水过程中，最重要的一步是高活性金属配位化合物与氢氧化物吸附、凝聚污水中的悬浮污染颗粒，促进沉降分离。随后的电解流程是将以絮状物态存在的废物进行氧化及消毒[4-7]。

2.2 电解法处理平台生活污水

蓬莱19-9油田J平台使用青岛双瑞公司生产的ET800生活污水处理撬块。撬块设计液力负荷（黑水+灰水）为56 m3/d，设计总处理水量为76 m3/d，以保证每日最多可混入20 m3海水进流程。海上油气生产设施人员生活污水排放定额按每人每天350 L考虑，在乘以J平台额定POB 120人和安全系数1.2后，每天污水排放量为50.4 m3，在撬块的处理能力范围以内。撬块主要设备为电絮凝单元、电解槽、收集罐以及各设备间的抽水泵等。

黑水和灰水首先进入缓冲罐，经缓冲罐出口粉碎泵搅拌、打碎后流入电絮凝装置进行第一级电解反应（图1）。

图1 电絮凝设备反应机理示意图

在凝聚和电气浮作用下悬浮颗粒沉降或形成浮渣，随后从电絮凝装置顶部出口进入收集罐。当收集罐液位升至一定高度后，其出口泵会自动启动将污水打入书型电解槽，同时与海水以3:1的体积比进行混合，进行第二级电解反应，杀灭细菌、去除有机物。被充分电解后的污水由电解槽上部出口流至停留池进行一段时间的停留，当到达一定液位后，停留池出口泵启动，将处理后污水排海。收集罐和停留池内部设计了溢流挡板，延长污水停留时间，从而保证了剩余的细菌被杀灭，并使部分氧化物质在罐内沉淀。工艺流程如图2所示。

图2 ET800型生活污水处理装置工艺流程图

设备运行初期，收集罐出口泵时常被毛发等物质堵塞导致排放受阻，平台生产人员需时常进行拆泵清理和维修。针对该情况，对设备进行了改进，在收集罐出口处加装了Y型过滤器，减少了下游泵的故障率，降低了维修成本。

对经处理的生活污水进行连续4次采样，每次采样时间间隔大于24 h。水样检测结果见表2。

表2 电解法处理后生活污水检测结果

经铝离子絮凝沉淀和电解杀菌后，出水水质较为稳定，在随机的采样时间里，COD值符合GB4914-2008海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值标准。

3 设备改进与常见问题

与生化法、膜过滤法等污水处理方式相比，电解法的优势在于：①设备占地面积小，结构紧凑，节约空间；②不将罐体底部废渣反冲洗排海，而是经压实干化后存入废渣收集罐，直接运回陆地，最大限度降低对海洋污染；③无需添加化学药剂，节约资源且避免污染；④适用的pH范围宽[10,11]。

根据海上平台实际应用情况，对设备进行了一系列的调整与改进：

3.1 电极材料的选择

根据使用环境不同选择适宜的电极材料是电絮凝装置高效运行的关键。在多种可用作电极的金属材料中，铝和铁由于其良好的溶解性和相对低廉的价格最经常被使用。工业废水含有大量重金属污染物、酸碱污染物等，多采用铁作阳极，而对于污染相对较轻的生活污水，则多采用金属铝作阳极。这是由于铝电极出水稳定、清洁，能满足较高的处理需求。经过多次试验和效果分析，J平台生活污水处理装置采用金属铝作为电极。

3.2 电絮凝并联改造

电絮凝设备是整个污水处理系统的核心之一，它的溶解性阳极消耗较大，需定时更换，且运行成本相对较高，为避免电絮凝装置故障或维护导致整体设备停用，现场进行了相关改造。将一个大的电絮凝设备拆解成两个小电絮凝体，在装置结构上实现并联，进出水口可以分别控制（图2）。两台小电絮凝体同时运行的处理能力高于同体积的单体电絮凝装置。当其中一台需进行极板更换或短时间拆卸维修时，可仅运行另一台电絮凝装置，从而保证了整体设备不停机。

3.3 停留时间不足

杀菌效果与污水经电解后在罐内停留的时间密切相关。初始设定的停留池液位排放高度难以满足停留时间要求，处理后的污水水质经常不达标。为改善处理效果，延长停留时间，提高了停留池内部浮球液位计的低、中液位设定高度。该设定虽然保证了出水水质，但在用水高峰时罐体可能发生液位过高无法及时排出而导致溢流的情况。在保证处理效果的前提下，设定合理的起泵液位是今后需要观察、改进的工作之一。

3.4 来液量过大造成流程不稳

生活污水排放量随平台人员的工作、休息时间呈规律性变化。对J平台在一周内淡水罐用水量进行了统计分析，得出每日用水量曲线图（图3）。通过图示曲线可以看出每日6:00至7:00、18:30至22:00是用水高峰期。此外，夜间洗涤工服衣物和12:00部分人员倒班，也是生活污水排放量小高峰。

图3 J平台每日生活用水量曲线变化图

在下一步改造中，计划在生活污水处理设备入口增加缓冲装置。缓冲装置包括了进入缓冲罐前的缓冲罐以及缓冲罐出口循环泵。其目的：①有足够大的空间储存来液，在用水高峰期、来液较大时有效防止冒罐和来液冲击；②在缓冲装置内部循环的过程中进行了初步处理和沉降；③通过调节循环量，使污水以适当的流量进入缓冲罐，保证处理装置平稳、高效运行，延长设备使用寿命，减少维修次数，降低维修成本。

4 结论

海上平台采用电解法处理生活污水能满足渤海海域排放指标要求，同时电解法还是一种绿色清洁工艺：（1）设备占地空间小；（2）设备操作简易，有助于实现自动化管理；（3）无需添加其他化学药剂，处理污水pH范围宽。根据海上平台的实际应用情况，进行针对性的设计和改造，有利于更进一步提高处理效果和降低成本。

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Application of Electrolytic Domestic Sewage Treatment Device in Offshore Platforms

1，1，2，1，1

（1. CNOOC Pengbo Operation Company , Tianjin 300459，China；2. China Natural Offshore Oilfield Corporation Limited Bohai Oilfield Research Institute, Tianjin 300459，China）

Elecrtolysis is a kind of effective method for treating and purifying domestic sewage. In this paper, the principle and characteristics of sewage electrolytic treatment process were described, and the process flow of sewage treatment unit on wellhead platform J in Penglai 19-9 oilfield was introduced. The running data indicates that the COD value of treated sewage can meet the standard of "GB4914-2008 offshore oil exploration and development pollutant emission concentration limits". In order to increase the efficiency of the electrolytic sewage treatment device, the equipment improvement has been carried out to reduce the maintenance cost. The relevant experience can be applied to the construction of new platform and transformation of old platform.

Offshore platform; Electrolytic process;Sewage treatment; COD; Penglai 19-9 oilfield

X 703

A

1671-0460（2017）12-2508-03

2017-04-26

郭奕杉（1990-），男，天津市人，助理工程师，硕士研究生，2015年毕业于中国地质大学（北京）石油与天然气工程专业，主要从事海洋石油油气生产工作。E-mail：guoysh5@cnooc.com.cn。

朱梦影（1990-），女，助理工程师，硕士研究生，研究方向：海洋石油工程工艺方向。E-mail：zhumy6@cnooc.com.cn。