初文，韩美玲

开发与应用

电化学法在船舶/海上平台生活污水处理中的应用

初文1，韩美玲2

（1. 中冶焦耐(大连)工程技术有限公司，辽宁 大连 116085； 2. 大连海事大学航海学院，辽宁 大连 116026）

随着国际公约及相关法规对船舶及海上平台生活污水排放标准的不断提高，对其治理也引起国际社会的广泛关注，相关处理技术面临巨大挑战。介绍了船舶及海上平台生活污水特点、处理标准及管理现状，分析了电化学法在船舶及海上平台生活污水处理中的应用进展，并对其发展前景进行了展望，指出电化学法同多种处理技术联合使用是未来发展趋势。

船舶生活污水；海上平台；电化学法；联合技术

随着海上运输业和石油工业的不断发展，船舶及海上平台生活污水带来的海洋环境问题日益严重。国际海事组织（IMO）颁布的《MARPOL73/78》附则IV（防止船舶生活污水污染规则）中规定了船舶生活污水的排放处理标准，于2003年9月27日实施生效。此后，IMO不断发布或修订相关规则，将船舶生活污水的排放标准不断提高[1]。为应对不断严苛的排放标准，近年来，国内外科技工作者在研发和改善船舶及海上平台生活污水处理技术方面取得了一定进展，本文在梳理船舶及海上平台生活污水特点、处理标准和管理现状的基础上，分析了电化学法在船舶及海上平台生活污水处理中的应用进展，并对其前景进行了展望。

1 船舶及海上平台生活污水特点、处理标准及管理现状

船舶及海上平台生活污水由黑水和灰水组成，包括厕所冲洗水、淋浴水、洗衣水、厨房排水、医务废水等形式排放的污水，含有大量有机物、氨氮和油脂等，污染物种类繁多[2]。同时，受海上作业人员人数和生活规律影响，污水具有水质浓度高、水质水量波动性大等特点，处理难度较大。其中，船舶生活污水受船舶摇摆、倾斜、振动等条件影响，固液分离效果差；海上平台生活污水排放不规律、常含有大量盐分，微生物活性较差[3]。因此，要求船舶及海上平台生活污水处理系统应具有较强的抗冲击负荷能力和高效的处理能力，对船舶及海上平台实际操作环境具有较好的适应性。

为有效降低船舶及海上平台生活污水带来的污染，海洋环境保护委员会（MEPC）相继发布MEPC.2、MEPC.159(55)和MEPC.227(64)等决议，对船舶及海上平台生活污水排放标准和性能试验做出了严格要求，具体的排放指标见表1。从中可以看出，随着决议的不断修订，对船舶及海上平台生活污水排放的BOD、TSS、大肠菌群、pH指标要求愈加严格，并逐步增加了COD、余氯、总氮、总磷等指标要求。

表1 船舶及海上平台生活污水排放标准表[4-6]

针对我国国情，我国最新发布的GB 3552—2018《船舶水污染物排放控制标准》也提出了不同水域船舶生活污水的排放控制要求：在内河和距最近陆地3海里以内海域，船舶生活污水应排入港口接收设施或经船载生活污水处理装置处理后排放，根据船舶安装生活污水处理装置的时间，相应的污染物排放限值见表2；在内河和距最近陆地3海里以外海域，船舶生活污水应打碎、消毒后，在一定船速及排放速率下排放。

虽然有相关公约法律制约，但船舶生活污水仍存在着监管难度大、重视程度低、偷排现象严重等问题。一方面，许多港口缺乏配套的接收设施，生活污水转到岸上处理难于实现；另一方面，许多船舶现行生活污水处理设备达不到相关公约要求，而处理装置改造安装费用高，并且部分船舶由于舱容限制，难以实现生活污水处理设备的安装更新。因此，体积小、安装处理费用低、处理效果显著的船舶及海上平台生活污水处理装置将被迫切需求。

表2 我国船舶生活污水排放标准表[7]

2 电化学法在船舶及海上平台生活污水处理中的应用

电化学法具有灵活度高、功能多、污染小、易于控制、经济高效等特点，因此，在污水处理领域具有较高的应用价值。目前，电催化氧化法和电絮凝法作为电化学法的两种主流方法，在船舶及海上平台生活污水处理中的应用较为普遍[8]。下面主要针对近十年来以上两种电化学法在国内外船舶及海上平台生活污水处理中的应用以及电化学法同其他处理技术的联合使用进展进行分析和综述。

2.1 电催化氧化法及其联用技术

电催化氧化（ECO）是指在外加电场作用下，利用电极的催化性能来产生具有强氧化能力的羟基自由基（·OH），将有机污染物氧化为小分子有机物或直接矿化为二氧化碳和水[9]。

张重德[10]等采用ECO一体化反应器对高含盐海上平台生活污水进行处理，在停留时间为60 min，电流密度为10 mA·cm-2的条件下，出水COD≤125 mg·L-1，达到排放要求。该团队指出ECO的处理效果并不受pH、温度的影响，该反应器性能优异，运行稳定。殷珠辉[11]等采用ECO装置处理海上平台生活污水时，发现电解反应时间和电流密度均对出水COD有较大影响，电解质含量及种类对出水水质影响较小，但电解质含量有助于降低系统运行能耗。当电流密度为400 A·m-2，反应时间为40 min时，出水COD≤123 mg·L-1，BOD≤25 mg·L-1，SS≤33 mg·L-1，达到IMO.MEPC227（64）排放要求。结果表明，ECO系统处理海上平台生活污水具有较好的抗冲击能力及长时间运行稳定性。任春燕[12]等采用光-电耦合催化氧化技术（PECO）降解南海某平台生活污水，海水添加比例为50%，当电流密度为600 A·m-2，电解时间为1.5 h，紫外光辐照强度为50 μW·cm-2时，出水COD可达87 mg·L-1，达到排放指标要求。

黄彦锋[13]等采用MBR耦合ECO技术处理海上平台生活污水，利用MBR装置处理黑水，当MLSS为7 000 mg·L-1、DO为2～4 mg·L-1、温度为20～25 ℃、HRT为12 h、淡水加入比例为60%、混合液的平均电导率为16 000 μS·cm-1时，生物处理出水和系统最终出水的COD分别为306、208 mg·L-1，相应去除率分别为79%、87%。利用ECO装置处理灰水，当极板间距为2 cm、电流为52 A、海水添加比例为50%、电解时间为2 h、吨水电耗为3.6 kW·h时，MBR处理出水和ECO处理出水混合后添加除氯剂，混合出水的COD为110 mg·L-1，SS为0.5 mg·L-1，余氯未检出，大肠杆菌为40个·L-1，BOD为6 mg·L-1，出水能达到排放要求。王东鹤[14]等开发了电解-膜分离成套处理装置，对南海某平台生活污水进行常温、低温、高温、倾斜和故障条件下的处理效果研究，电解反应器以DSA极板为阴阳电极，电流密度为10 mA·cm-2，膜分离器采用聚偏氟乙烯中空纤维膜组件，膜孔径为0.1～0.4 μm，膜通量设置为28～56 L/(m2·h)，定时反冲洗。结果表明，装置出水COD为60～105 mg·L-1，BOD为4～9 mg·L-1，TSS为3～13 mg·L-1，大肠杆菌数为0～15个·L-1，TN为8～19 mg·L-1，TP为0.4～1.0 mg·L-1，pH为6～8.5，完全满足MEPC.227(64)排放要求。

相较于其他船舶生活污水处理技术，ECO不仅具有反应效率高、耐负荷冲击能力强、出水水质好等特点，而且其受pH、温度、盐度等环境因素影响较小，从而在船舶及海上平台生活污水处理领域中被广泛关注。PECO不仅具有电催化氧化作用，还可减少光生电子和空穴的复合，从而提高有机物的降解效率。PECO反应器体积占地面积小、电极板的使用寿命长、维护费用低、连续运行出水稳定，具有较高应用前景。

2.2 电絮凝法及其联用技术

电絮凝法是指以铁或铝板为阳极、惰性材料为阴极，辅以外加电源作用，通过电解使阳极溶蚀产生可吸附固体杂质的络合物，与有机污染物接触、聚集，形成较大的絮凝体；阴极表面所产生的大量氢气以微小气泡形式聚集在一起，通过吸附在絮凝体上将其浮上液体表面，达到净化水质目的。

牛庆林[15]等以铝板为阳极进行电絮凝处理模拟船舶生活污水试验，研究电流密度、电解时间、pH等因素对电絮凝的影响。在电流密度为6 mA·cm-2、电解时间为9 min时，船舶生活污水浊度去除率达到98.35%，出水浊度最低为6.52 NTU。电絮凝出水铝残留量为1.995 mg·L-1，总余氯含量为0.07 mg·L-1，pH变化量为0.5，电导率变化量为20 μS·cm-1，各水质指标均不对后续好氧生化处理产生明显抑制作用。龙奎[16]等采用电絮凝-电解耦合技术处理船舶生活污水，研究了电絮凝过程中电流密度、电絮凝时间、污水盐度、极板间距、污水初始pH等因素对船舶生活污水COD去除率的影响。在电絮凝预处理过程中，电流密度为0.010 A·cm-2、电絮凝时间为40 min、盐度为1%、极板间距为18 mm、pH接近中性时，COD去除率可达64%。进一步采用自制Ti/SnO2-Sb2O3/β-PbO2-La电极深度电解处理电絮凝后的污水，当电流密度为0.06 A·cm-2、电解时间为180 min时，COD总去除率为93%。

鉴于电化学法和生物膜法的各自优势，部分研究人员对二者的联合应用展开了尝试。丁学姣[17]研究了电絮凝法对船舶生活污水的除污效果，在电流密度7.5 A·m-2、电解时间30 min、氯离子浓度0.05 mol·L-1，常温下TP去除率达90%以上，COD去除率为40%～60%，氨氮去除率为20%～30%。此外，电絮凝强化MBR处理船舶生活污水试验表明除磷效能显著，TP浓度由5.66 mg·L-1降至1 mg·L-1以下。

同传统化学絮凝-自然沉降法相比，电絮凝法不需要投加化学药剂、所需设备体积小、自动化程度高且絮凝效果好，已被逐步应用于船舶及海上平台生活污水的预处理工艺中。

3 结语与展望

电化学法具有处理流程快、耐水力负荷冲击性好等优点，在船舶及海上平台生活污水处理中具有显著优势。但电化学法也存在着诸如电极消耗快、电量消耗大、电极易钝化等问题。因此，寻求高效、体积小、成本低的电化学法在船舶及海上平台生活污水处理中的应用技术，仍有较大的发展空间，未来可从以下几个方面努力：1）应加大对电极研发的投入，使其朝着导电性好、催化活性高、稳定性强、防钝化方向发展，进一步提高电化学法处理效率。2）针对船舶及海洋平台严酷的环境条件和操作方式，将电化学法和其他方法合理有效结合，如可引入生物膜法、臭氧[18]、紫外[19]、超声[20]等化学物理技术，开发耐冲击负荷强、管理操作要求低、占地面积小、快速高效的联合处理工艺与装置。

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Application of Electrochemical Method in Sewage Treatment for Ships and Offshore Platforms

1,2

(1. ACRE Coking & Engineering Consulting Corporation, MCC, Dalian Liaoning 116085, China;2. College of Navigation, Dalian Maritime University, Liaoning Dalian 116026, China）

With the continuous improvement of international conventions and relevant laws on the discharge standards of domestic sewage from ships and offshore platforms, their treatment attracted extensive attention from the international community, and the relevant treatment technologies face great challenges. In this paper, characteristics, treatment standards and management status of domestic sewage from ships and offshore platforms were introduced. The application progress of electrochemical method in domestic sewage treatment of ships and offshore platforms was analyzed. In addition, the development prospect of electrochemical method in domestic sewage treatment technologies from ships and offshore platforms was put forward. Finally, it was pointed out that the combined use of electrochemical method with various treatment technologies would be the future development trend.

Ship domestic sewage; Offshore platform; Electrochemical method; Combined technologies

辽宁省教育厅科研项目(项目编号：LJKZ0047)；辽宁省自然科学基金(项目编号：20170520209)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(项目编号：3132021142)。

2021-08-12

初文（1984-），男，辽宁省大连市人，工程师，硕士，研究方向：污染物控制技术及工艺。

韩美玲（1983-），女，讲师，博士，研究方向：船舶防污染管理及技术。

X736.3

A

1004-0935（2021）11-1697-04