中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司

平板膜式生物反應(yīng)器用于鉆井隊(duì)生活污水處理

鄭秋生中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司

鉆井隊(duì)存在搬遷頻繁、人員定點(diǎn)集中倒班、距離城市較遠(yuǎn)的特點(diǎn)，需要配備的生活污水處理設(shè)備應(yīng)當(dāng)具備處理效果穩(wěn)定、布局合理、易搬遷的特點(diǎn)。通過集成現(xiàn)有各類生活污水處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，確定采用平板膜式生物反應(yīng)器處理鉆井隊(duì)生活污水。通過合理布局將所有設(shè)備集成為2個(gè)模塊。經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用，設(shè)備處理效果滿足The National Environment Regulations（S.I.No 5/1999）標(biāo)準(zhǔn)，并具備搬遷后快速恢復(fù)使用的特點(diǎn)。

平板膜式生物反應(yīng)器；鉆井隊(duì)；生活污水；工藝流程

由于鉆井隊(duì)搬遷頻繁，使用的生活污水處理設(shè)備應(yīng)當(dāng)具備處理效果穩(wěn)定、布局合理、易搬遷移動(dòng)的特點(diǎn)，滿足污水處理和達(dá)標(biāo)排放的要求。

1生活污水特點(diǎn)

由于鉆井隊(duì)存在搬遷頻繁、人員定點(diǎn)集中倒班的特點(diǎn)，因此鉆井隊(duì)生活污水具有如下特點(diǎn)：

（1）在鉆井隊(duì)搬遷時(shí)會(huì)出現(xiàn)階段性斷電、斷水現(xiàn)象。

（2）每天的倒班時(shí)點(diǎn)污水產(chǎn)生量大，占到平均每天污水總量的60%～70%，其他時(shí)段水量較小，水質(zhì)、水量波動(dòng)較大，存在較大的水力沖擊負(fù)荷。

（3）鉆井隊(duì)的主要任務(wù)是生產(chǎn)，生活污水處理基本處于無人管理狀態(tài)。

（4）鉆井隊(duì)基本處于野外露天狀態(tài)，處理流程會(huì)受到外界環(huán)境，特別是溫度等條件的影響。

以在非洲作業(yè)某鉆井隊(duì)需要處理生活污水為例，鉆井隊(duì)營房常駐人口規(guī)模為25人，每天產(chǎn)生生活污水7～8 m3，主要由衛(wèi)生間產(chǎn)生的黑水和廚房、浴室產(chǎn)生的灰水組成。該生活污水具備前述鉆井隊(duì)生活污水特點(diǎn)的前三項(xiàng)，由于該地地處赤道附近，所以常年氣溫較高，受溫度影響變化不大。原污水水質(zhì)指標(biāo)：pH值7.5～8.22；電導(dǎo)率為1 800～2 100 μS/cm；濁度為500～600 NTU；色度為180～320 TCU；TDS為1 000～2 000 mg/L；氨氮含量為40～75 mg/L；總磷含量為63～95 mg/L；正磷酸鹽含量為39～56 mg/L；COD為290～520 mg/L；BOD為58～120 mg/L；總氮含量為45～80 mg/L；TSS為135～260 mg/L。

BOD/COD大于0.3，說明生活污水的可生化性較好，可采用生化處理工藝。同國內(nèi)生活污水原水相比，明顯的差別是污水中總磷含量高，這是由于當(dāng)?shù)厥褂玫南匆路?、洗滌劑等均為含磷產(chǎn)品。

2生活污水處理方案設(shè)計(jì)

2.1 處理工藝方案

針對鉆井隊(duì)作業(yè)的特殊性及鉆井隊(duì)生活污水的特殊性需要研發(fā)一種高效、穩(wěn)定、易搬遷的生活污水處理工藝裝置。

MBR工藝是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的高效污水處理工藝，它利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留，省掉二沉池。平板膜式生物反應(yīng)器工藝通過膜的分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能，使活性污泥（MLSS）濃度達(dá)到10 000～15 000 mg/L，水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間可以分別控制，因此采用該工藝進(jìn)行鉆井隊(duì)生活污水處理。同時(shí)平板膜式生物反應(yīng)器同中空纖維式生物反應(yīng)器相比具有抗污染性能好、機(jī)械性能穩(wěn)定、清洗便捷、膜壽命長、占地面積更小等優(yōu)點(diǎn)，因此確定采用平板膜式生物反應(yīng)器工藝[1]。

2.2 工藝流程

平板膜式反應(yīng)器生活污水處理工藝流程見圖1。

（1）通過下水管道將全隊(duì)所有營房污水收集至回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)，將較大顆粒進(jìn)行截留收集，格柵除污機(jī)配置在一個(gè)5 m3體積的箱體上，該箱體可以起到水量緩沖調(diào)節(jié)的作用，同時(shí)箱體內(nèi)沒有過多的空氣，也可以起到厭氧池的功能。

（2）緩沖調(diào)節(jié)池污水經(jīng)過提升泵提升至厭氧池進(jìn)行厭氧處理。

圖1 MBR生活污水處理工藝流程

（3）由厭氧池自流進(jìn)入MBR生化處理系統(tǒng)，污水在MBR池中進(jìn)行生化處理和過濾凈化，由自吸泵吸出。

（4）經(jīng)過凈化處理的污水通過紫外線殺菌裝置進(jìn)行消毒后進(jìn)入清水池，最后排放[2-3]。

2.3 污水處理設(shè)備選定

考慮到該設(shè)備適用范圍的廣泛性，依據(jù)2 m3/h的處理量進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的配置。

（1）回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)及緩沖調(diào)節(jié)池。選用型號(hào)為ZQ-300型回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)與體積5 m3的緩沖調(diào)節(jié)池一體安裝，以便于裝置的現(xiàn)場整體吊裝。收集污水通過格柵除污機(jī)過濾進(jìn)入到緩沖調(diào)節(jié)池的過程中，大顆粒固體物質(zhì)被過濾出來，并通過格柵機(jī)的回轉(zhuǎn)將固廢打撈出來。選用的格柵除污機(jī)具有自動(dòng)化程度高、分離效率高、動(dòng)力消耗小、無噪音、耐腐蝕性能好的特點(diǎn)?？紤]到生活污水的高峰用水量將緩沖調(diào)節(jié)池體積確定為5 m3。池內(nèi)安裝污水提升泵用于將污水提升至厭氧池，泵流量3 m3/h，揚(yáng)程12 m，為防止大量固體沉積物進(jìn)入泵內(nèi)造成堵塞，進(jìn)水口離池底距離300 mm左右。

（2）厭氧池。厭氧池與MBR池共同集成在一個(gè)集裝箱中，隔出一個(gè)相對獨(dú)立空間作為厭氧池，厭氧池的作用是將大分子有機(jī)物降解為易生化處理的小分子有機(jī)物。

（3）MBR池。MBR池內(nèi)置曝氣裝置持續(xù)不斷地對池中活性污泥進(jìn)行供氧，同時(shí)將膜表面黏附的物質(zhì)去除，池中活性污泥通過與厭氧池中厭氧菌的聯(lián)合作用將COD、BOD、氨氮、磷等污染物進(jìn)行分解、吸收、沉降去除，通過自吸泵對池中污水進(jìn)行抽吸過濾，使水質(zhì)得到凈化。由于污泥不能通過膜，因此污泥停留時(shí)間可以不依賴于水力停留時(shí)間而單獨(dú)加以控制，在不增加池容的前提下延長污泥停留時(shí)間，滿足微生物生長速度緩慢的生長周期要求，使水質(zhì)處理效果好于傳統(tǒng)活性污泥法[4]。所選用板式膜的參數(shù)見表1。選用2臺(tái)流量為3.2 m3/h、揚(yáng)程為20 m的自吸泵進(jìn)行凈水抽吸，1用1備；選用2臺(tái)排量為1.44 m3/min的三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣供氣，1用1備；選用1臺(tái)流量3 m3/h、揚(yáng)程12 m的潛水排污泵作為混合液回流泵，加強(qiáng)污染物的分解去除。

（4）紫外線殺菌消毒。利用253.7 nm波長紫外線的紫外燈對微生物的殺滅作用使污水凈化。

表1 MBR板式膜參數(shù)

（5）加藥裝置。通過隔膜計(jì)量泵加入次氯酸鈉藥劑對膜進(jìn)行藥洗，從而保證膜的正常運(yùn)行。選用泵1臺(tái)，最大流量500 L/h。

（6）控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由本地手動(dòng)控制/遠(yuǎn)程自動(dòng)控制兩部分組成。本地控制面板設(shè)置每臺(tái)泵啟動(dòng)/停止按鈕、總電源開關(guān)、電源指示燈、泵運(yùn)行狀態(tài)指示燈、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指示燈等。泵及風(fēng)機(jī)的停止受遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，同時(shí)泵及風(fēng)機(jī)相應(yīng)工作狀態(tài)反饋至上位機(jī)。控制柜為防爆控制柜，防爆等級(jí)為EEXdIIBT4，防護(hù)等級(jí)IP54。

厭氧池、MBR系統(tǒng)、紫外殺菌系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、控制系統(tǒng)集成在1個(gè)集裝箱橇座平臺(tái)上；回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)及緩沖調(diào)節(jié)池構(gòu)成另1橇塊。因此整套污水處理系統(tǒng)共有2個(gè)橇塊組成，便于吊裝及運(yùn)輸。MBR生活污水處理裝置模塊示意圖見圖2。

圖2 MBR生活污水處理裝置模塊示意圖

3設(shè)備調(diào)試

3.1 現(xiàn)場安裝

（1）設(shè)備全部為模塊化設(shè)計(jì)，運(yùn)輸至現(xiàn)場在地面鋪撒一層石子后將模塊2吊裝放置；挖掘一個(gè)深度略大于模塊1污水入口高度的坑，鋪撒石子后將模塊1吊裝入坑中就位回填；營房污水集水管道與模塊1、模塊1與模塊2之間及模塊2的排放管線均采用軟管連接。

（2）將動(dòng)力線接至污水處理設(shè)備總配電柜，完成電力供應(yīng)。

（3）完成設(shè)備的安裝檢查及單機(jī)調(diào)試后開始進(jìn)行清水試車，經(jīng)測試設(shè)備整體狀態(tài)正常。

3.2 活性污泥的培養(yǎng)

由于設(shè)備地處非洲大陸遠(yuǎn)郊營地，且是新設(shè)備的首次應(yīng)用，無法獲得活性污泥進(jìn)行接種，只能采用自行培養(yǎng)方式。

活性污泥的培養(yǎng)初期采用間歇培養(yǎng)法，由于項(xiàng)目現(xiàn)場屬于牧區(qū)，收集新鮮牛糞投加到曝氣池中進(jìn)行滿水悶曝、排放，利用MBR的分離作用截留住微生物，再進(jìn)水悶曝、排放。循環(huán)3～5個(gè)周期就會(huì)有一定量的活性污泥產(chǎn)生，開始用連續(xù)培養(yǎng)的方法，經(jīng)過約20天的培養(yǎng)MBR池的SV30值約為15%～20%，溶解氧濃度2～4 mg/L，污泥回流比100%～500%；MBR采用間歇過濾（運(yùn)轉(zhuǎn)9 min，停止1 min）的方式。此時(shí)經(jīng)測量除磷外的其他指標(biāo)均合格。

3.3 除磷工藝改造

由于磷含量達(dá)到63～95 mg/L，依靠MBR生化工藝很難將總磷含量降至標(biāo)準(zhǔn)以下，所以采用添加PAC（聚合氯化鋁）混凝沉降的方法將污水中磷去除。為避免在MBR池中直接投加藥劑造成膜堵塞，采用在消毒間至清水池1的管線上加注藥劑，同時(shí)將清水池1改造為沉淀池，經(jīng)沉淀后水進(jìn)入清水池2外排，總磷指標(biāo)合格。

4測試結(jié)果

經(jīng)過方案工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、生產(chǎn)制造、現(xiàn)場安裝調(diào)試和相應(yīng)的改造，海外鉆井隊(duì)生活污水處理項(xiàng)目全部實(shí)施，通過污泥培養(yǎng)合格后10天的跟蹤測試，處理效果符合The National Environment (Standards for Discharge of Effluent into Water or on Land)Regulations（S.I.No 5/1999）標(biāo)準(zhǔn)。生活污水處理前后水質(zhì)指標(biāo)見表2。

當(dāng)設(shè)備需要搬遷，如果斷水時(shí)間為1天則可僅在MBR池中留存部分活性污泥，其他部分水可全部放空；如果斷水時(shí)間較長，MBR池中水面高于MBR膜組即可，其他部分水可全部放空，到達(dá)新場地通水通電后即可開始進(jìn)行生活污水的處理。

表2 生活污水處理前后水質(zhì)指標(biāo)

5結(jié)語

（1）平板膜式生物反應(yīng)器用于鉆井隊(duì)生活污水處理可達(dá)到The National Environment(Standards for Discharge of Effluent into Water or on Land)Regulations（S.I.No 5/1999）標(biāo)準(zhǔn)。

（2）該生活污水處理設(shè)備設(shè)計(jì)為2個(gè)模塊，具備了高效、穩(wěn)定、易搬遷的特點(diǎn)。

（3）由于是在海外遠(yuǎn)郊營地，設(shè)備僅需在首次使用時(shí)進(jìn)行污泥的培養(yǎng)，以后在使用過程中搬遷完成后通水通電即可直接用于鉆井隊(duì)生活污水的處理。

[1]鄭秋生，劉麗明．基于MBR技術(shù)的生活污水處理設(shè)備設(shè)計(jì)[J]．資源節(jié)約與環(huán)保，2014（10）：42-43．

[2]鹿桂華，楊琦，彭少華，等．油田前線生活基地小型生活污水處理廠工藝[J]．油氣田地面工程，2014，33（12）：19-20．

[3]周以琦．鉆井隊(duì)生活污水處理設(shè)備研制[J]．油氣田環(huán)境保護(hù)，2014，24（6）：3-6．

[4]鄭秋生，霍志堅(jiān)，邵天澤，等．膜生物反應(yīng)器營地生活污水處理設(shè)備應(yīng)用[J]．油氣田環(huán)境保護(hù)，2014，24（5）：4-6．

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.8.022

鄭秋生：工程師，2011年畢業(yè)于西安工程大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)，現(xiàn)任中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司項(xiàng)目工程師。

（022）25802116、zhengqsh@cnooc.com.cn

2015-04-27

基金論文：中國海洋石油總公司重大科技項(xiàng)目（CNOOC-KJ 125 ZDXM 26 THY NFCY 2014-01）。