电解法生活污水处理装置在海洋平台上的选型设计

王亚莹

（海洋石油工程股份有限公司）

0 前言

随着航运业和海洋开发的空前发展，海洋环境的污染也越来越严重，人类对海洋环境的保护也日益重视。海洋平台作为海上油气开采设施，长期坐落在海域中，平台上工作人员日常生活产生的生活污水若未经处理就直接排放进海中，势必对海洋环境构成较为严重的、长期的流动性污染。因此，国际海事组织（IMO）在1973年就制定了国际防止船舶造成污染公约，这就是众所周知的《MARPOL 73/ 78公约》，亦简称 《73/78防污公约》。该公约附则Ⅳ规定，海上生产生活设施必须装有生活污水处理装置。我国在 1983年也制定了 GB 3552—1983《船舶污染物排放标准》，在1986年制定的 《海船防污染结构与设备规范》中，对污水处理排放标准和污水处理装置进行了详细规定[1]。

海上平台生活污水处理装置就是为了防止由海洋平台生产过程中产生的生活污水对所在水域造成的污染，而在平台上设置的特定处理装置。目前，常用的生活污水处理方法有物理化学法 （物化法）、 生物化学法 （生化法）、电解法 3种。本文主要就电解法生活污水处理装置在南海某固定平台中的应用进行选型设计和分析研究。

1 电解法

1.1 电解法原理

电解法是通过化学过程对污水进行氧化和消毒。其原理是将混有海水的生活污水流经特制的电解槽，借助于电解槽产生的强氧化消毒剂进行氧化和消毒。电解槽中有多个电解室，每个电解室由阴极和阳极构成。在电解室中发生如下反应：

电解产生的 ClO-（次氯酸根）是强氧化消毒剂，它在反应副产品氢气 （H2）的搅拌下，充分与污水中的细菌混合接触，消灭其中的细菌。同时，污水中的有机物在阴阳两极发生电化学氧化分解反应，将有机物氧化分解成O2和H2O[2]。

1.2 工艺流程

污水进入缓冲罐，在液位控制系统的控制下启动设备，经粉碎泵将污物粉碎搅拌均匀后与海水混合进入电解槽。在电解槽内进行氧化消毒过程，随后污水进入溢流罐内，在罐内继续与电解产生的ClO-进行氧化消毒反应。最后，处理合格的生活污水由溢流罐溢出，直接排入海中；沉淀的污泥则进行回收，运回到陆地处理；少量的副产品氢气通过稀释风机送风稀释，达到安全排放要求后排放到安全区域。该污水处理装置工艺流程详见图1。

图1 电解法生活污水处理装置工艺流程

1.3 电解法优缺点

电解法污水处理相对于物化法和生化法具有许多优点，也具有一些缺点。

电解法优点如下： （1）整机体积小，运行和空载时重量均为最轻； （2）模块化设计，整套装置可分解安装，特别适用于空间紧张的海洋平台安装； （3）处理生活污水种类全面，黑水和灰水均可以处理； （4）可随时启动运行、关机；运行时不需外加消毒灭菌剂； （5）操作维护简单，无需专业技术人员； （6）运行时安全可靠，无有害、有味气体放出； （7）无污渣产生，无需操作人员在恶劣环境中清除臭污。

电解法缺点如下： （1）一次性投资大； （2）运行费用相对较高[3]。

从以上分析可以看出，对于海洋平台、海上移动设施和主要从事国际航运的船舶，选用电解法处理生活污水更为合适，虽然初次投资较大，但之后的使用和管理费用大幅降低，并且还会带来诸多的方便。

2 公约及标准对生活污水处理工艺的要求

国际公约及我国有关标准对海上船舶和海上设施中生活污水处理的工艺要求如表1所示。

表1 国际公约、国家标准生活污水工艺处理指标

国际海事组织（IMO）海上安全委员会（MEPC）于1976年通过MEPC.2（Ⅵ）决议 《关于生活污水处理装置国际排出物标准的建议和性能试验导则》，并在 2006年通过了 MEPC.159（55）决议，对MEPC.2（Ⅵ）决议进行了修订。从最新的国际海事组织公约可以看到，总悬浮固体、生化需氧量、化学需氧量、大肠菌群数、pH值、余氯等生活污水处理技术指标都有提高，说明国际海事组织提高了对生活污水处理排放的要求，加强了对海洋环境的重视程度。

我国对海上船舶和海上设施生活污水处理装置的研究起步比较晚，始于20世纪70年代。虽然国内目前建造的海上船舶、海上设施已经绝大部分都安装了生活污水处理装置，但相对来说，国内海上船舶和海上设施的生活污水处理标准制定得比较宽松，并没有达到国际水平，有待于进一步发展和提高。

目前，国内部分海上设施对生活污水处理的技术要求还是按照国内标准执行。本文的选型设计项目按照GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》[4]标准执行，要求化学需氧量指标CODcr≤300 mg/L。

3 选型设计

3.1 处理量计算

电解法生活污水处理装置运行时需要掺入一定量海水，这样才能保证电解效果 （海水量不大于原水量）。海上油气生产设施人员生活污水排放定额按350 L/（人·天）考虑，设计人数按油气生产设施的救生艇人数考虑，同时还需考虑生活污水量的波动性，因此电解法生活污水处理装置的设计水量可按式 （1）计算：

式中 Q——生活污水处理装置设计水量，m3/d；

n——平台生活污水定额，L/（人·天）；

N——设计人数，人；

1.2——生活污水量总变化系数。

生活污水处理装置额定处理量按设计水量的1.2倍确定。按照式 （1）和选型原则，针对海洋平台不同的作业人数，电解法生活污水处理装置可参照表2进行选型设计。

表2 电解法生活污水处理装置额定处理量

3.2 风机能力确定

电解法生活污水处理装置在电解过程中生成氢气，而氢气属于易燃易爆危险气体。根据API 500规范第6.3.2.4.8条规定，对于易燃易爆危险气体，在泄放时要求对其进行充分稀释，要确保稀释后其浓度低于该危险气体爆炸下限的25%。而氢气的爆炸下限为4%，所以要求利用稀释风机 （一用一备）输送空气进行稀释，保证稀释后氢气浓度不高于1%。具体稀释氢气时需要的风量，其计算方法可参考NFPA 69附录D，如式 （2）所示：

式中 Q——引入新鲜空气的流量，m3/min；

G——释放氢气的速率（厂家提供），m3/min；

C——氢气浓度的爆炸下限；

K——气体混合效率系数；

N——空气交换的次数；

e——自然常数。

达到稳定状态时，1-e－KN趋近于1，即式 （2）可简化为

此外，还应根据API标准要求设置氢气探头进行浓度检测，以避免氢气浓度过高、发生爆炸的风险。

4 结束语

相比于物化法和生化法而言，电解法生活污水处理装置具有占用空间小，操作简单，维修、维护费用低，运行可靠等特点，尤其适用于海洋平台生活污水的处理。本文介绍了电解法海洋平台生活污水处理装置的原理和工艺流程，并就污水处理的工艺要求对现行公约及有关标准进行了对比分析。在此基础上，对某海洋平台生活污水处理装置进行选型设计，并对装置的污水处理能力和稀释风机能力等关键问题进行了具体分析。

[1] 岳进堂.船用生活污水处理装置实用分析 [J].船海工程，2004（3）：42-44.

[2] 李伟涛.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.

[3] 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，2002,14(3)：5-8.

[4] 中国国家标准化管理委员会.海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值：GB 4914—2008[S].北京：中国标准出版社，2009.