强电解式生活污水处理装置

　　海洋污染一直是海洋生态环境面临的重大问题，随着GB4914―2008和IMOMEPC.159(55)污水排放标准要求的提高，海上船舶和海洋平台生活污水装置对生活污水处理后的出水排放指标进一步提高。

　　目前，海上设施常见的生活污水处理工艺有生化法加膜、生化加电絮凝和普通电解法，其中生化法加膜工艺和生化加电絮凝工艺是基于生化法实现污水处理的方法，生化法处理污水目前工艺技术相对成熟，但是由于海上设施为节省淡水消耗，冲厕水为海水，盐度相对较高，生活污水装置来水负荷不稳定等特殊性，细菌的培养受到严重影响，生活污水装置容易处于瘫痪状态，重新进行细菌的培养还需要一定的时间，这样会一定程度上造成海洋污染。此外，生化法处理工艺占用面积大，无论是海上平台还是船舶设施空间有限，合理利用海上空间是海上生活污水装置可行性的关键因素之一。膜工艺需要定期进行膜的清洗，清洗剂一般为危化品，如氢氧化钠。膜的清洗人员不专业、清洗不及时，会造成设备的损坏和人员的伤害，因此不适合海上平台和船舶使用。经调研，渤海湾附近的海上设施采用普通电解法，普通电解法处理生活污水均采用弱电解方式，电极为普通管式石墨电极，电解过程中电极棒的工作电压、电流和电极棒功率随着污水处理量多少稍有差异，电解过程产生的羟基自由基、有效氯等强氧化剂的浓度较低，降解COD的能力有限，另外一个弊端，采取普通电解法的装置工艺不涉及保安滤器等过滤装置，出水悬浮物较高，严重影响出水指标，

　　基于以上海洋平台污水处理工艺，笔者研究设计了一种强电解生活污水处理工艺，以期实现绿色高效降解污水COD的方法，实现污水的零排放。

　　一、系统工艺设计

　　如图1所示，强电解生活污水处理装置是利用电解产生的羟基自由基和有效氯处理生活污水的新型生活污水处理系统，该系统由一个电解处理主撬单元、一个调节过滤单元、电解后的分解过滤单元及其他附属设备组成，处理装置采用独立的就地控制盘，自动化控制，可连续地处理生活用污水。

　　首先来自海上设施生活区的黑水以及经撇油处理的灰水进入调节处理单元的缓冲罐中，缓冲罐与主撬的工艺调节罐由管道联通;调节罐配装有液位控制系统，污水液位达到启动液位高度时，启动风机和粉碎泵，将来自水中的杂质污物粉碎后送往系统的过滤装置，滤掉大于1mm的污物杂质

　　经过滤后的污水按比例掺加一定量的海水，在多功能处理罐预处理舱室内混合，经鼓风机曝气。混合后的污水由电极提升泵提升至强电解槽，在电解槽内水和氧气在强电场作用下将大部分氧气、水等电离，产生的羟基自由基以及氧正基(O2+)等活性粒子溶解在海水中形成羟基溶液，此外电解海水中的氯化钠等盐类物质生成有效氯(包括HClO、ClO+、Cl2)强氧化物质#对污水降解处理后，先流入多功能罐清水罐舱室中脱气处理，防止电解产生的氢气浓度过高发生爆炸危险。羟基自由基产生过程如图2所示。

　　在电解槽内电解生成有效氯涉及的离子反应有：

　　2Cl-→Cl2+2e

　　2H2O+2e→2OH-+H2

　　Cl2+2OH+=ClO-+Cl-+H2O

　　ClO-+H2O=HClO+OH-

　　HClO=H++ClO-

　　总反应NaCl+H2O→NaClO+H2"经脱气后的污水含有羟基自由基和有效氯氧化型消毒剂，通过外排泵输送到分解沉降罐滞留一段时间进行充分反应，在此进一步杀菌消毒、均质化，最后达标排放。分解沉降罐内置过滤器，电极排出的垢类杂质经过滤，会沉降到罐的底部缓慢溶解，少量残渣需要定期排出。系统工艺设计回流管线，对前端工艺提前预处理，将部分达标排放的污水回流至缓冲罐、调节罐和多功能处理罐，提前对污水预处理氧化除臭。

　　二、系统控制

　　整个污水装置选用西门子200SmartPLC作为控制器，系统具有就地和远程控制功能，采用Smart1000IE触摸屏和现场操作按钮开关实现设备就地控制，同时利用上位机WinCC组态实现远程监控。整个系统运行正常处于全自动工作状态，无需人员手动操作，大幅减少设备巡检人员的工作量。系统主要控制的设备有粉碎泵、电解提升泵、外排泵、风机和电解电极。当PLC检测到高液位启动信号时，系统按风机、粉碎泵、供液泵、电解、出液泵的顺序启动各设备进行污水的电解处理。当设备连续运转，污水处理罐中污水液位不断降低至低液位信号，系统进入自动停止电解程序，首先关闭电解输出、出液泵和粉碎泵，之后停止风机和供液泵，系统进入自动待机状态。

　　系统配置有稀释风机，用于稀释电解产生的氢气，稀释符合标准后排出舷外。在自动运行状态下，启动后风机永远先于其他设备先启动运行，关闭时迟后于其他设备停止运行，以把脱气室内的残余氢气排出。系统设计有风道水封机构置于多功能罐脱氢室上部，由自动补水器为水封器供水，用以风机与脱气室的密闭隔离。

　　整个污水处理系统的核心为电极，电极镀铂钛电极，钛电极电流效率高，节能效果好，具有抗腐蚀性能，活性层失活后可以重涂，基体可重复使用。通过整流电源输入380V50Hz-3P供电，输出功率可根据污水处理量和污水外排标准进行调节，输出电流可调(最大可至100A)，电压可调(最大可至50V)。自动运行模式中，电解输出时启动序列里最后一个执行动作的设备，也是自动停止电解程序里最先退出运转的设备。

　　系统具有异常报警功能，当系统检测到氢气浓度过高、液位过高、泵或风机过载、电极过载及低液位等情况时系统发出报警，装置退出自动运行状态，等待设备巡检人员检查故障并进行复位，报警去除后，方可恢复正常使用。

　　三、测试

　　3.1羟基自由基和有效氯降解COD的试验

　　强电解法处理污水工艺利用海水电解方法产生强氧化剂对污水进行处理，但由于海水中含有大量氯离子，氯离子会使污水COD测量结果偏高。本项目采用国标GB11914-1989重铬酸钾测定法进行COD测试，根据氯离子浓度加入适量硫酸汞屏蔽氯离子干扰。试验选取未经处理的早高峰期生活污水作为水样，测得COD值为650mg/L，通过配比一定量海水，电解电极工作电压设置为45V、电流70A，经笔者设计装置进行处理，处理后污水每隔15min采样一次，进行COD化验。多次试验测得COD值与消解沉降时间关系如图3所示，可以看出，增加污水与氧化剂消解反应时间可以提高COD的去除率，反应超过3h，COD去除率可达96%，消解时间20min左右COD值就达到排放标准的临界值。

　　3.2羟基自由基和有效氯杀灭污水微生物的试验

　　羟基自由基和有效氯等氧化剂致死水中细菌和单细胞藻类试验如图4所示，试验结果表明，在强电解产生的强氧化剂的作用下，电解产生氧化剂浓度大于0.22mg/L，溶液就可以致死污水中细菌，致死率可达100%，电解产生的氧化剂浓度大于0.7mg/L溶液对单细胞藻类的致死率达100%

　　4结束语

　　结合现有海上平台和船用设备生活污水装置存在的问题!笔者通过工艺设计、控制系统设计、试验分析!提出一种基于强电解方法的生活污水处理装置。整个系统通过设定适当的配比海水和装置的运行电流、电压!利用强电解产生的羟基自由基、有效氯等强氧化物质降解污水中的COD，不到20minCOD值已小于300mg/L，适当增加消解反应时间COD去除效果可达90%以上。同时能够致死污水中的细菌、大肠杆菌及抱子等微生物(致死率100%)。排放的污水经滤器过滤后，悬浮物有效去除，浊度下降90%以上。因此，该电解式生活污水处理装置适用于海上设施，能够有效处理生活污水。整个工艺绿色环保，无有害物质产生，且系统装置自动化程度高，占地面积小，处理后的污水符合国标，COD值远小于300mg/L，有广阔的应用前景。（来源：中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司）