張保學(xué)張保華孔祥軍王　亮

（1.國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心；2.中國海洋石油總公司節(jié)能減排監(jiān)測中心）

海上平臺生活污水處理設(shè)施處理效果比較＊

張保學(xué)1張保華2孔祥軍2王亮2

（1.國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心；2.中國海洋石油總公司節(jié)能減排監(jiān)測中心）

文章介紹了各種污水處理設(shè)施的設(shè)計原理、工藝流程及其優(yōu)缺點，并結(jié)合現(xiàn)場對生活污水處理設(shè)施出水水質(zhì)中COD的監(jiān)測，比較了各種設(shè)施的污水處理效果：生化法生活污水處理裝置其出水COD排放值288～728 mg/L，不滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》一級標準限值要求；第二代生活污水電解裝置處理后的COD值滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》一級標準限值要求。結(jié)果表明：生化法處理設(shè)施對污染物處理效果不理想，不適合在海上平臺使用；電解法污水處理效果好，在舊平臺改造和新平臺建設(shè)中具有良好的應(yīng)用前景。

海上平臺；生活污水處理設(shè)施；生化法；電解法；COD

0　引 言

近年來，我國海洋石油勘探開發(fā)迅猛發(fā)展，產(chǎn)能不斷擴大，一方面促進了海洋經(jīng)濟和石油經(jīng)濟的發(fā)展，另一方面給海洋環(huán)境保護帶來了不容忽視的風(fēng)險。海上平臺長期坐落在海洋中，平臺上的工作人員日常產(chǎn)生的生活污水未經(jīng)處理或處理不當會導(dǎo)致海洋環(huán)境污染。目前海上平臺生活污水對海洋環(huán)境的污染越來越受到重視［1-2］。

為了保護海洋環(huán)境，限制污染物的排放，國家于2009年5月頒布實施了GB 4914—2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》［3］，此標準對海洋石油勘探開發(fā)中排海生活污水中的COD排放要求和限值作出了具體規(guī)定。一級海域、二級海域COD≤300 mg/L；三級海域≤500 mg/L（①一級海域指渤海、北部灣，國家劃定的其他海洋保護區(qū)域和其他距最近陸地4 n mile（海里）以內(nèi)的海域；②二級海域指除渤海、北部灣，國家劃定的其他海洋保護區(qū)域外，其他距最近陸地大于4 nmile且小于12 nmile的海域；③三級海域指一級和二級海域以外的其他海域）。

海上平臺生活污水種類和來源主要包括平臺廁所排出的含有糞、尿的污水（俗稱黑水），以及平臺生產(chǎn)設(shè)施區(qū)的廚房、洗手間、洗衣間排出的含有洗滌劑的污水和醫(yī)務(wù)室排出的污水（俗稱灰水）［2-4］。目前海上平臺處理生活污水主要有兩種方法［4-11］。一種是生化法［8-9］，利用活性污泥中的微生物對生活污水中的污染物進行降解。另一種為電解法［10-11］，將混有海水的生活污水進行電解，產(chǎn)生的次氯酸鈉（NaClO）是強氧化消毒劑，可以充分與污水接觸，通過氧化分解，達到去除污染物的目的。

本文以渤海海域（一級海域）海上平臺所配備的不同類型生活污水處理設(shè)施為例，介紹了其工作原理和工藝流程，并結(jié)合重鉻酸鉀法［12］測定的處理后生活污水的COD值，對海上平臺生活污水處理設(shè)施的處理效果進行了比較，進而為生活污水處理設(shè)施的選型提供參考依據(jù)。

1　生化法生活污水處理設(shè)施

1.1原生化法

該方法為最早海上平臺所采用，該生活污水處理裝置由五個水密的腔室組成，分別為污水柜、一級接觸氧化柜、二級接觸氧化柜、沉淀柜和積水柜。

其工作原理是，生活污水進入污水柜，經(jīng)過充分粉碎后，流進一級接觸氧化柜，通過氣泵對其進行曝氣、反應(yīng)，經(jīng)處理后的污水流過填料與生物膜接觸，其中有機污染物被生物膜粘附消解，生成無污染的CO2和水。污水再經(jīng)過二級接觸氧化柜的生物膜進一步處理后流入沉淀柜進行沉淀、撇渣，最終進入積水柜。當積水柜收集到一定水量時，啟動流程泵，將處理后的污水打入超濾裝置過濾水中的雜質(zhì)，過濾后的水通過紫外線消毒裝置將水中的細菌消除干凈后直接排放。沉淀柜內(nèi)沉淀的污泥經(jīng)過提氣裝置回流至一級接觸氧化柜，用以提高出水水質(zhì)，減少進水濃度，調(diào)節(jié)和穩(wěn)定沖擊負荷，提高生物膜活性，提高接觸氧化柜的有機負荷率。其工藝流程見圖1。

圖1　生化法生活污水處理裝置工藝流程

對該設(shè)施間隔2 h采樣，連續(xù)監(jiān)測3 d，其出水COD排放值為288～728 mg/L，不滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》一級標準限值要求。原因在于海上平臺遠離陸地，為了節(jié)省淡水資源，平臺都使用海水沖洗廁所，導(dǎo)致污水中含鹽量增加，微生物活性下降或失活，實際應(yīng)用中對生活污水的處理效果并不理想。

1.2外置MBR法

該設(shè)施實際為原生化法設(shè)施的改進型，在原生化裝置的末端增加了外置式膜組件，以期對曝氣處理后的污水進行進一步處理。其裝置本體主要由生化柜、污泥柜、清水柜及膜組件組成。

其工作原理是，黑水和廚房灰水直接進入一級生化處理柜，在生化處理柜內(nèi)進行好氧處理以去除有機物。經(jīng)過處理的污水流入沉淀柜進行初步泥水分離，沉淀后的污泥流入污泥柜，上清液進入二級生化處理柜進行進一步生化處理，然后通過循環(huán)泵打入膜組件，再由抽吸泵抽入清水柜。洗漱用水和浴室排水直接進入清水柜，與處理后的黑水和廚房灰水混合，到達一定液位后由排放泵間歇排放。其工藝流程見圖2。

圖2　外置MBR法生活污水處理工藝流程

對外置MBR設(shè)施，同樣間隔2 h采樣，連續(xù)監(jiān)測3 d，其出水COD排放值為236～496 mg/L，也不滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》一級標準限值要求。

該種型號的污水處理設(shè)施缺點在于：

①由于平臺使用海水沖洗廁所，導(dǎo)致污水中含鹽量增加，并且在不同的時段，進入裝置的水量、水溫、污染物含量都呈現(xiàn)巨大差異，該處理裝置耐受水量水質(zhì)沖擊能力不足，生化段難以起到實際作用，外置MBR膜組件實際僅起到了過濾作用，盡管能消減一部分COD排放，但處理效果仍不理想。

②該裝置只對黑水和廚房灰水從源頭進入生化段處理，而其余灰水沒有處理，最后在清水柜與處理后的黑水和廚房灰水混合后直接排放，使得大部分灰水中的污染物沒有消減就直接排海，在設(shè)計上存在缺陷。

1.3內(nèi)置MBR法

該設(shè)施為陸地MBR法在海上平臺的緊湊版，裝置由初沉池、總調(diào)節(jié)池、水解酸化池、接觸氧化池、MBR池、污泥濃縮池、回注回用池、沖廁回用池等功能單元組成。

其工作原理是，只對平臺灰水進行MBR法處理，處理后的清凈水一部分回用沖廁，一部分隨生產(chǎn)污水回注地層，實現(xiàn)生活污水再利用。其工藝流程見圖3。

圖3　內(nèi)置　MBR法生活污水處理工藝流程

對內(nèi)置MBR設(shè)施，同樣間隔2 h采樣，連續(xù)監(jiān)測3 d，其出水COD排放值為23.1～60.7 mg/L，處理后的COD值滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》一級標準限值要求。

該種型號的污水處理設(shè)施優(yōu)點在于只對灰水進行處理，然后一部分回用于沖廁，一部分隨生產(chǎn)污水回注地層，該法避免了沖廁使用海水對污泥中微生物的破壞，提高了處理效率，能夠?qū)崿F(xiàn)生活污水再利用。

但該法需要進行定期維護，做到及時清淤和培養(yǎng)微生物，在平臺維護費用較高，并且占用平臺空間也較大，盡管出水COD滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》一級標準的要求，但出水水質(zhì)仍顯淡黃色，并帶有微臭，再回用于沖廁，造成員工不適，實際推廣價值并不大。

2　電解法生活污水處理設(shè)施

2.1第一代電解法

第一代生活污水處理裝置為12MC Custom Unit型，裝置本體主要由緩沖罐、電解板、清水柜等組件組成。

其工作原理是，將混有海水的生活污水，經(jīng)過特制的污水電解槽。電解槽由陰極和陽極組成多個電解室，經(jīng)海水混合后的污水在電解槽中發(fā)生如下反應(yīng)：

其中反應(yīng)所產(chǎn)生的活性NaClO是強氧化消毒劑，在副產(chǎn)物氣體的攪拌作用下，可以充分地與污水的細菌接觸，從而迅速地、幾乎徹底地將其全部消除。同時，污水中的有機化合物，在陰極間發(fā)生電化學(xué)氧化分解反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退?，通過氧化分解達到消除污染物，降低COD排放值。其工藝流程見圖4。

圖4　12MC型生活污水處理工藝流程

連續(xù)3 d的監(jiān)測結(jié)果見表1。表1表明，在用水高峰時段（08：00，12：00，14：00，16：00，20：00），12MC型生活污水處理裝置抗水力負荷能力較差，處理后的COD值在12：00，14：00不能滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》一級標準限值（COD≤300 mg/L）要求。

表1　第一代電解裝置生活污水COD監(jiān)測結(jié)果　mg/L

2.2第二代電解法

第二代生活污水電解裝置為Series 55型，裝置本體主要由緩沖罐、電解板、停留池、電凝聚反應(yīng)器（二級電解）、清水柜等組件組成。

其工作原理是，黑水和灰水先進入收集池（緩沖罐），收集池內(nèi)設(shè)計一粉碎機對污水進行初步的處理，處理后的污水與一定量的海水混合在電解池中通過電化學(xué)反應(yīng)氧化并消毒污水；隨后污水流入電凝聚反應(yīng)器（二級電解）進一步電解反應(yīng)，去除有機物和殺滅細菌；當污水充分電解后，流入停留池，以保證剩余的細菌被殺滅，并且讓部分氧化的物質(zhì)在池中沉淀；停留池中的污水最終流入清水柜，達到一定液位后排放。其工藝流程見圖5。

高職中外合作辦學(xué)項目實現(xiàn)科學(xué)、良性發(fā)展，必須要有完善的監(jiān)督機制，整個辦學(xué)過程應(yīng)該被放置于政府部門以及整個社會的監(jiān)督下，因此，相關(guān)部門必須要加快推進高職中外合作辦學(xué)項目的公示公開制度，要將整個中外合作辦學(xué)項目的辦學(xué)許可、教育過程、資金使用等等向?qū)W生、家長乃至社會進行公開，進一步加強社會輿論監(jiān)督，有效維護學(xué)生的合法權(quán)益，政府部門在這一過程中要發(fā)揮積極作用，逐步推動高職中外合作辦學(xué)項目的管、辦、評分離，努力形成辦學(xué)者自律、社會監(jiān)督和政府部門有效監(jiān)督的監(jiān)督機制，促進高職中外合作辦學(xué)的健康發(fā)展。

圖5　Series 55型生活污水處理工藝流程

連續(xù)3 d的監(jiān)測結(jié)果見表2，表2表明，由于第二代生活污水電解裝置擴大了收集池（緩沖罐）容量，抗水力負荷能力加強，同時增加了電凝聚反應(yīng)器（二級電解），產(chǎn)生的亞鐵離子對懸浮物起到絮凝沉淀作用，因此在不同的用水時段，出水水質(zhì)比較平穩(wěn)，處理后的COD值均滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》一級標準限值要求。

表2　第二代電解裝置生活污水COD監(jiān)測結(jié)果　mg/L

由于海水中含鹽量只有3%左右，會消耗大量的電能，電解法在實際使用中，并且電解法是將海水和生活污水混合后電解，污水中的有機污染物極易對電極造成損壞，縮短使用壽命；電凝聚反應(yīng)器的鐵電極嚴重依賴進口，價格高。

2.3改進的電解法

自2013年起，海洋石油勘探開發(fā)科研部門對海上平臺生活污水電解法進行了一些改進，以期進一步提高電解效率以降低設(shè)施制造和運行成本。

①將海水加鹽后再電解，提高了電解效率，同時產(chǎn)生的次氯酸鈉（NaClO）濃度也會增加，消減COD效果會更好。

②生活污水直接進入消毒池，只對高濃度食鹽水進行電解，避免污水中的有機物對電極的損壞，延長了電極的使用壽命。

③使用鐵碳合金原電池，替代電凝聚反應(yīng)器，實現(xiàn)設(shè)施的國產(chǎn)化，降低制造成本。

④污泥經(jīng)壓濾機壓實干化后，運回陸地處理，不再反沖洗排海，進一步降低對海洋的污染。

3　結(jié)束語

電解法作為一種清潔工藝，適合于人口擁擠、使用海水沖廁、空間狹小的海上平臺的生活污水處理，在進行污水電解流程、絮凝方式改造后，在舊平臺改造和新平臺建設(shè)中具有良好的應(yīng)用前景。

［1］ 代文，衛(wèi)建魁.淺談海上油田應(yīng)對海洋污染的措施［J］.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2013（4）：58-60.

［2］ 李玉田，閆肅，謝陳鑫.海上平臺生活污水處理系統(tǒng)工藝改造實踐［J］.廣東化工，2014，41（12）：275-276.

［3］ GB 4914—2008海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值［S］.

［4］ 王鵬，蔣軼俊.生活污水處理裝置在海洋平臺上的設(shè)計應(yīng)用［J］.船舶工程，2013，（35）：155-158.

［5］ 盛朝輝.淺談海洋石油平臺污水的處理技術(shù)［J］.中國石油和化工標準與質(zhì)量，2013，16：66-67.

［6］ 高光才.海上平臺生活污水處理技術(shù)及處理設(shè)備［J］.中國海上油氣（工程），2002，14（3）：5-8.

［7］ 李偉濤，孫占新.海洋平臺生活污水處理工藝及發(fā)展趨勢［J］.化學(xué)工程與裝備，2011（4）：172-175.

［8］ 荊肇乾，呂錫武，趙碩偉.膜生物反應(yīng)器處理生活污水及中水回用［J］.中國給水排水，2006（18）：77-78.

［9］ 李嘉，趙景發(fā).膜生物反應(yīng)器在海上采油平臺生活污水處理中的應(yīng)用［J］.工業(yè)水處理，2013，33（9）：84-86.

［10］劉光成.電催化氧化法處理海上平臺生活污水的現(xiàn)場應(yīng)［J］.工業(yè)水處理，2014，34（7）：77-78.

［11］付勝楠.電化學(xué)法處理工業(yè)廢水和生活污水的研究與應(yīng)用［J］.煤炭與化工，2014，37（8）：149-152.

［12］GB 11914—89水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法［S］.

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.06.009

1005-3158（2015）06-0033-04

2015-05-30）

（編輯 李娟）

國家海洋局海洋行業(yè)標準制修訂計劃（201502056-T）。

張保學(xué)，2004年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)在國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心從事海洋環(huán)境監(jiān)測分析與風(fēng)險評價工作。通信地址：廣東省廣州市新港西路155號南海環(huán)境監(jiān)測中心，510300