海上平臺生活污水處理設施處理效果比較＊

張保學張保華孔祥軍王　亮

（1.國家海洋局南海環境監測中心；2.中國海洋石油總公司節能減排監測中心）

海上平臺生活污水處理設施處理效果比較＊

張保學1張保華2孔祥軍2王亮2

（1.國家海洋局南海環境監測中心；2.中國海洋石油總公司節能減排監測中心）

文章介紹了各種污水處理設施的設計原理、工藝流程及其優缺點，并結合現場對生活污水處理設施出水水質中COD的監測，比較了各種設施的污水處理效果：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《海洋石油勘探開發污染物排放濃度限值》一級標準限值要求。結果表明：生化法處理設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中具有良好的應用前景。

海上平臺；生活污水處理設施；生化法；電解法；COD

0　引 言

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

為了保護海洋環境，限制污染物的排放，國家于2009年5月頒布實施了GB 4914—2008《海洋石油勘探開發污染物排放濃度限值》［3］，此標準對海洋石油勘探開發中排海生活污水中的COD排放要求和限值作出了具體規定。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域和其他距最近陸地4 n mile（海里）以內的海域；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），以及平臺生產設施區的廚房、洗手間、洗衣間排出的含有洗滌劑的污水和醫務室排出的污水（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施為例，介紹了其工作原理和工藝流程，并結合重鉻酸鉀法［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施的處理效果進行了比較，進而為生活污水處理設施的選型提供參考依據。

1　生化法生活污水處理設施

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，經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，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。沉淀柜內沉淀的污泥經過提氣裝置回流至一級接觸氧化柜，用以提高出水水質，減少進水濃度，調節和穩定沖擊負荷，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

對該設施間隔2 h采樣，連續監測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，為了節省淡水資源，平臺都使用海水沖洗廁所，導致污水中含鹽量增加，微生物活性下降或失活，實際應用中對生活污水的處理效果并不理想。

1.2外置MBR法

該設施實際為原生化法設施的改進型，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，在生化處理柜內進行好氧處理以去除有機物。經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設施，同樣間隔2 h采樣，連續監測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施缺點在于：

①由于平臺使用海水沖洗廁所，導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、污染物含量都呈現巨大差異，該處理裝置耐受水量水質沖擊能力不足，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，在設計上存在缺陷。

1.3內置MBR法

該設施為陸地MBR法在海上平臺的緊湊版，裝置由初沉池、總調節池、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，一部分隨生產污水回注地層，實現生活污水再利用。其工藝流程見圖3。

圖3　內置　MBR法生活污水處理工藝流程

對內置MBR設施，同樣間隔2 h采樣，連續監測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施優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，能夠實現生活污水再利用。

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《海洋石油勘探開發污染物排放濃度限值》一級標準的要求，但出水水質仍顯淡黃色，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，經海水混合后的污水在電解槽中發生如下反應：

其中反應所產生的活性NaClO是強氧化消毒劑，在副產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，在陰極間發生電化學氧化分解反應，轉變為二氧化碳和水，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3 d的監測結果見表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監測結果　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），收集池內設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反應氧化并消毒污水；隨后污水流入電凝聚反應器（二級電解）進一步電解反應，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。

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

圖5　Series 55型生活污水處理工藝流程

連續3 d的監測結果見表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器（二級電解），產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，出水水質比較平穩，處理后的COD值均滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開發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監測結果　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，替代電凝聚反應器，實現設施的國產化，降低制造成本。

④污泥經壓濾機壓實干化后，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中具有良好的應用前景。

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［12］GB 11914—89水質化學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標準制修訂計劃（201502056-T）。

張保學，2004年畢業于武漢理工大學環境工程專業，碩士，現在國家海洋局南海環境監測中心從事海洋環境監測分析與風險評價工作。通信地址：廣東省廣州市新港西路155號南海環境監測中心，510300