安海重（中海石油（中國）有限公司崖城作業(yè)公司）

1 現(xiàn)狀

城13-1氣田南山終端位于海南省三亞市以西約40 km的海岸上，其主要功能是接收處理海上氣田采出的部分天然氣和全部凝析油。在建廠20多年的歷史中，南山終端嚴格遵守國家環(huán)保法律法規(guī)的要求，秉持“零污染”的環(huán)保理念，推進建設綠色工廠，并把生活污水排放減量化、無害化和資源化作為重點工作之一。積極采用新工藝、新技術促進生活污水處理工藝向深度處理工藝轉型和升級，設計和安裝了一套中水回收系統(tǒng)（簡稱中水系統(tǒng)），以達到提高用水效率及節(jié)約用水的目的[1-2]。該系統(tǒng)的核心工藝是厭氧好氧工藝法（簡稱AO法，A是厭氧段，用于脫氮除磷；O是好氧段，用于除水中的有機物），主要由沉淀池、厭氧池、好氧池、半透膜池（簡稱MBR池）、消毒罐、蓄水池組成，處理能力為2 m3/h。廠區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的生活污水通過污水管網(wǎng)收集在沉淀池，經(jīng)靜置后從沉淀池上部出水口流出，通過8 in（1 in=2.54 cm）管線從厭氧池底部進入，在厭氧條件下由多種微生物共同作用，使有機物分解消化；經(jīng)厭氧處理后的污水從厭氧池底部由轉水泵轉入好氧池，好氧池底部安裝有曝氣管，由羅茨風機提供空氣，為好氧微生物提供生長代謝反應所需要的氧氣，好氧微生物消耗污水中的有機物，同時將水中的有機氮轉化為游離態(tài)的NO3

-等其它形式的含氮離子，在好氧階段污水COD降解率可達70%；經(jīng)好氧處理后的污水從好氧池中上部溢流進入MBR池，通過產(chǎn)水泵的真空抽吸，污水從MBR外側抽至內(nèi)側，并在膜內(nèi)側收集后排出，在此過程中MBR起到將活性污泥和大分子有機物質(zhì)有效截留以達到固液分離的作用，同時使得污泥停留時間和水力停留時間分開得以控制，增大污水凈化能力；經(jīng)MBR凈化后，污水成為中水半成品，由產(chǎn)水泵轉入消毒罐，進行殺菌消毒；經(jīng)消毒后的水由中水泵轉入蓄水池儲存，如果化驗結果滿足中水水質(zhì)標準《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2002），則可用于廠區(qū)綠化澆灌等雜用水。在系統(tǒng)調(diào)試運行階段，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)運行效果未達到設計目標，經(jīng)過工藝優(yōu)化改造及運行管理優(yōu)化后，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，產(chǎn)水質(zhì)量完全滿足要求，順利投入使用。

2 中水系統(tǒng)存在的問題

試運行初期，中水系統(tǒng)存在系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、氨氮濃度偏高、回收率偏低、運行成本偏高等問題，影響了系統(tǒng)的正常運行[3]。經(jīng)分析主要原因如下：

1）中水系統(tǒng)缺少進水量控制調(diào)節(jié)。生活污水產(chǎn)生量大約22 m3/d，但卻是間歇性的，一天24 h中00:00～18:00時段期間產(chǎn)生的污水量約0.32 m3/h，小于系統(tǒng)處理能力，而18:00～00:00污水產(chǎn)生比較集中約2.7 m3/h，大于系統(tǒng)處理能力，嚴重影響回收利用效率。

2）中水系統(tǒng)缺少轉水過濾裝置。沉淀池過多的懸浮固體通過出水口進入?yún)捬醭?，并逐池流轉，造成厭氧池、好氧池、MBR池的雜質(zhì)和淤泥累積過快，轉水泵及管線頻繁堵塞，MBR膜絲污染、壽命縮短，影響系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行。

3）污水在厭氧池內(nèi)的滯留時間短，厭氧分解不充分及反硝化作用弱。進料直接被轉水泵送到好氧池，厭氧池內(nèi)微生物分解有機物時間不足，反硝化脫氮效果差，沒有起到調(diào)節(jié)CNP（碳氮磷）比例的作用。

4）系統(tǒng)耗電量、耗水量偏大。系統(tǒng)安裝電動機共6臺，每年耗電量約5.6×104kWh；同時反洗MBR需要使用清潔的淡水，系統(tǒng)每運行1 h自動反洗2 min，每年消耗淡水量約1440 m3。

3 工藝優(yōu)化改造

3.1 改進轉水方式

為了減少生活污水懸浮雜質(zhì)進入處理系統(tǒng)，避免水泵及管線堵塞，同時使中水系統(tǒng)運行處理流量平穩(wěn)，對沉淀池的出水口及厭氧池的轉水進行了改造[4-5]。

改造主要從三個方面進行，一是在將出水口由原來的0.2 m2擴大至1.0 m2，并加裝插板式粗濾網(wǎng)（1目），既能過濾沉淀池的懸浮雜質(zhì)，又不會使沉淀池出水口頻繁發(fā)生堵塞。二是在出水口加裝一個流量控制閥，將出水流量控制在約0.9 m3/h，污水產(chǎn)生高峰期時段，未處理的污水存在沉淀池澄清待處理；污水產(chǎn)生低谷期時段，沉淀池內(nèi)待處理的污水逐步流入系統(tǒng)處理。三是停用厭氧池至好氧池的轉水泵，在厭氧池上部設置一個0.08 m2的出水口，并加裝插板式細濾網(wǎng)（12目）。這種底部進水、上部出水的方式相比底部進水、底部出水的方式，既增加污水在厭氧池中的停留時間，增強厭氧處理效果，也避免了厭氧池底部淤泥堵塞管線導致污水處理中斷。改進后轉水方式如圖1所示。

圖1 改進中水系統(tǒng)轉水方式示意圖

3.2 硝化與反硝化同步工藝

原設計在O段設置有硝化工藝，通過1臺壓縮空氣驅(qū)動的循環(huán)泵，將好氧池底部的活性污泥循環(huán)至好氧池頂部使污泥均勻懸浮在好氧池中。在好氧條件下，通過亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌的作用，污水中的氨氮（）被氧化為，如化學反應方程式（1）所示，氨氮轉化為硝態(tài)氮減少了需氧量而降低污水COD。硝化反應方程式：

但是，在好氧條件下硝化菌工作、反硝化菌處于抑制狀態(tài)，僅靠硝化工藝并不能有效將污水脫氮。根據(jù)反硝化作用的原理，在缺氧條件下反硝化菌能將NO3

-還原成N2，如化學反應方程式（2）所示，如果在中水系統(tǒng)中增加反硝化工藝，不僅可使NO3

-被還原，而且還可使污水中的甲醇等有機底物氧化分解。反硝化反應方程式：

綜上所述，如果能在同一處理池中使同一污泥中的兩類不同性質(zhì)的菌群（硝化菌和反硝化菌）同時工作，形成同步硝化反硝化，則脫氮工藝將得到簡化而效能卻大為提高。

根據(jù)現(xiàn)有工藝流程，將硝化工藝的循環(huán)泵出口管線分成兩路，第一路繼續(xù)將好氧池底部的活性污泥循環(huán)至好氧池頂部，不影響硝化工藝的正常運行；第二路將好氧池底部的活性污泥循環(huán)至厭氧池，使其進行反硝化反應。并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)第一、二兩路的閥門開度，控制進入好氧池、厭氧池的循環(huán)污泥比例，使中水系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)。

另外，厭氧池中的絲狀菌對活性污泥絮粒的聚集有阻礙作用，從而引起系統(tǒng)活性污泥流失，影響厭氧池反硝化處理效果，同時絲狀菌的聚集作用一定程度上增加了系統(tǒng)剩余污泥量。為了避免厭氧池內(nèi)污泥菌群比例失調(diào)，提高厭氧池反硝化處理效果，進入?yún)捬醭氐难h(huán)管線設置位于池中部，并在末端安裝帶有均勻分布出水孔的管排，如圖2所示。厭氧池內(nèi)厭氧分解及反硝化脫氮均可充分進行，起到調(diào)節(jié)CNP比例的作用。

圖2 中水系統(tǒng)同步硝化與反硝化工藝示意圖

采用同步硝化反硝化工藝后，厭氧池及好氧池內(nèi)微生物的含量處于最佳濃度，反應速度快，使有機物得到深度氧化，系統(tǒng)產(chǎn)出中水氨氮含量約0.2 mg/L，滿足綠化雜用水標準要求。

3.3 節(jié)電節(jié)水優(yōu)化措施

原設計中水系統(tǒng)主要機電設備清單，如表1所示。

表1 中水系統(tǒng)主要機電設備清單

中水系統(tǒng)作為節(jié)能環(huán)保設備，如果其需要消耗大量的水、電，是違背其建造初衷的。在優(yōu)化轉水方式時已停用轉水泵，為了進一步降低系統(tǒng)耗電量、減少淡水消耗量，從三個方面對系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造，如圖3所示。一是停用空氣壓縮機，接入工廠風帶動循環(huán)泵運行；二是停用中水泵，重新設計消毒罐的排水管線，使之即可保持消毒罐保持所需的液位，又可以使中水通過重力自流穩(wěn)定轉入蓄水池；三是設置一根管線將消毒罐中的中水引至反洗泵入口，使用經(jīng)消毒處理合格的中水代替淡水，用于反洗MBR，同時在反洗泵出口安裝一個能過濾3 μm雜質(zhì)的袋式過濾器，防止MBR受污染影響其使用壽命。

經(jīng)改造調(diào)整后，中水系統(tǒng)處理工藝及設備布置更加合理，系統(tǒng)操作方便，維護簡單，系統(tǒng)耗電量下降了10.6%、每年耗電量約4.9×104kWh，淡水消耗量降低至0。

3.4 運行管理

科學合理的管理可使中水系統(tǒng)處于良好的工作狀態(tài)，提高污水處理效率及效果[6-7]，經(jīng)過研究和實踐，南山終端探索出了1套高效的運行管理方式，主要有以下幾方面：

1）MBR間歇產(chǎn)水控制。當MBR池液位高于最低液位，產(chǎn)水泵每運行8 min，停止運行2 min。產(chǎn)水泵停止運行期間，MBR池底鋪設的曝氣裝置將繼續(xù)進行，通過氣水振蕩清洗，緩解MBR周邊的污泥濃度累積，保持MBR表面的清潔。

2）在線水反洗控制。與產(chǎn)水系統(tǒng)剛好相反，通過自動切換產(chǎn)水電磁閥和反洗電磁閥的開閉，MBR按每產(chǎn)水1 h自動反洗一次，每次反洗1 min的周期，自動進行在線反洗。在反洗過程中，由反洗泵從消毒罐將澄清的中水由MBR膜組件的產(chǎn)水出口打入到中空纖維膜內(nèi)進行反向清洗，起到膜孔的沖洗作用，以恢復膜的水通量。

3）化學反洗。MBR每運行一周進行一次化學反洗，化學反洗的過程與在線反洗時類似，不同的是將反洗泵先后切換至次氯酸鈉及氫氧化鈉溶液槽、檸檬酸溶液槽，分別將清洗藥品打入反洗水管內(nèi)。次氯酸鈉有助于去除在膜上的有機附著物、檸檬酸則有助于去除無機結垢物。

4）定期排出剩余污泥。系統(tǒng)內(nèi)剩余污泥的累積，不但助長了放線菌的生長和積聚，產(chǎn)生較多泡沫和浮渣，還降低了好氧池內(nèi)活性污泥的泥齡和濃度，使產(chǎn)水水質(zhì)變差。每個季度需進行一次污泥排出作業(yè)，但不要全部排空，保留一部分泥種。通過控制系統(tǒng)內(nèi)活性污泥的濃度，可減少產(chǎn)水底物、改善產(chǎn)水水質(zhì)。

圖3 中水系統(tǒng)節(jié)電節(jié)水改造示意圖

通過科學合理的運行管理，至今該系統(tǒng)已穩(wěn)定運行五年。水量平衡是中水系統(tǒng)的設計關鍵，南山終端生活用水平均消耗量約9800 m3/a，中水系統(tǒng)運行穩(wěn)定，產(chǎn)水水質(zhì)合格，回收生活污水用于廠區(qū)綠化澆灌約8000 m3/a，中水回收率達到81%。隨著廠區(qū)自動噴淋等各項節(jié)水措施的落實及綠化澆灌面積的不斷增大，最終實現(xiàn)了生活污水“零”排放，保證了較高的回收利用效率。

4 處理效果及經(jīng)濟性分析

中水系統(tǒng)投用后近兩年的化驗分析數(shù)據(jù)表明，各工段處理正常，如圖4所示，COD（藍實線）及氨氮（紅虛線）處理效果得到改善。

圖4 中水回收系統(tǒng)改造后各工段處理效果曲線圖

同時，中水系統(tǒng)運行經(jīng)濟性得到提高，在保證回收處理效率同時節(jié)省了運行費用，如表2所示，表中工業(yè)電平均價格為0.8元/kWh，市政淡水平均價格為5.5元/m3。

表2 中水回收系統(tǒng)改造后綜合運行費用

通過綜合成本核算，每年僅需多支出0.5萬元，即可完成生活污水回收處理，系統(tǒng)綜合運行成本為0.625元/m3，系統(tǒng)運行成本較低。因此，根據(jù)工廠的布局條件因地制宜優(yōu)化設計中水回收系統(tǒng)在經(jīng)濟上具有很大的發(fā)展空間。

5 結論

根據(jù)南山終端中水系統(tǒng)試運行期間出現(xiàn)的問題，及時采取有針對性的改進措施，對工藝系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造，改進轉水方式、采用硝化與反硝化同步工藝，采取多項措施降低系統(tǒng)的耗電量及淡水消耗量，并優(yōu)化系統(tǒng)的運行管理方式，中水回收率高，產(chǎn)水水質(zhì)合格，解決了系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、氨氮含量偏高、回收率低、運行成本偏高等問題。措施可操作性較強，系統(tǒng)運行經(jīng)濟性強，實現(xiàn)了生活污水零排放，既是南山終端持續(xù)推進低碳、清潔生產(chǎn)的手段，也是油氣田降本增效的一項重要措施。