平板膜式生物反應器用于鉆井隊生活污水處理

中海油能源發展股份有限公司安全環保分公司

平板膜式生物反應器用于鉆井隊生活污水處理

鄭秋生中海油能源發展股份有限公司安全環保分公司

鉆井隊存在搬遷頻繁、人員定點集中倒班、距離城市較遠的特點，需要配備的生活污水處理設備應當具備處理效果穩定、布局合理、易搬遷的特點。通過集成現有各類生活污水處理技術的優點，確定采用平板膜式生物反應器處理鉆井隊生活污水。通過合理布局將所有設備集成為2個模塊。經過現場應用，設備處理效果滿足The National Environment Regulations（S.I.No 5/1999）標準，并具備搬遷后快速恢復使用的特點。

平板膜式生物反應器；鉆井隊；生活污水；工藝流程

由于鉆井隊搬遷頻繁，使用的生活污水處理設備應當具備處理效果穩定、布局合理、易搬遷移動的特點，滿足污水處理和達標排放的要求。

1生活污水特點

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

（1）在鉆井隊搬遷時會出現階段性斷電、斷水現象。

（2）每天的倒班時點污水產生量大，占到平均每天污水總量的60%～70%，其他時段水量較小，水質、水量波動較大，存在較大的水力沖擊負荷。

（3）鉆井隊的主要任務是生產，生活污水處理基本處于無人管理狀態。

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

以在非洲作業某鉆井隊需要處理生活污水為例，鉆井隊營房常駐人口規模為25人，每天產生生活污水7～8 m3，主要由衛生間產生的黑水和廚房、浴室產生的灰水組成。該生活污水具備前述鉆井隊生活污水特點的前三項，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。原污水水質指標：pH值7.5～8.22；電導率為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，這是由于當地使用的洗衣粉、洗滌劑等均為含磷產品。

2生活污水處理方案設計

2.1 處理工藝方案

針對鉆井隊作業的特殊性及鉆井隊生活污水的特殊性需要研發一種高效、穩定、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與傳統活性污泥法相結合的高效污水處理工藝，它利用膜分離設備將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物截留，省掉二沉池。平板膜式生物反應器工藝通過膜的分離技術大大強化了生物反應器的功能，使活性污泥（MLSS）濃度達到10 000～15 000 mg/L，水力停留時間和污泥停留時間可以分別控制，因此采用該工藝進行鉆井隊生活污水處理。同時平板膜式生物反應器同中空纖維式生物反應器相比具有抗污染性能好、機械性能穩定、清洗便捷、膜壽命長、占地面積更小等優點，因此確定采用平板膜式生物反應器工藝[1]。

2.2 工藝流程

平板膜式反應器生活污水處理工藝流程見圖1。

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

（2）緩沖調節池污水經過提升泵提升至厭氧池進行厭氧處理。

圖1 MBR生活污水處理工藝流程

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

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

2.3 污水處理設備選定

考慮到該設備適用范圍的廣泛性，依據2 m3/h的處理量進行相關設備的配置。

（1）回轉式格柵除污機及緩沖調節池。選用型號為ZQ-300型回轉式格柵除污機與體積5 m3的緩沖調節池一體安裝，以便于裝置的現場整體吊裝。收集污水通過格柵除污機過濾進入到緩沖調節池的過程中，大顆粒固體物質被過濾出來，并通過格柵機的回轉將固廢打撈出來。選用的格柵除污機具有自動化程度高、分離效率高、動力消耗小、無噪音、耐腐蝕性能好的特點。考慮到生活污水的高峰用水量將緩沖調節池體積確定為5 m3。池內安裝污水提升泵用于將污水提升至厭氧池，泵流量3 m3/h，揚程12 m，為防止大量固體沉積物進入泵內造成堵塞，進水口離池底距離300 mm左右。

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

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

（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

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

（6）控制系統。控制系統由本地手動控制/遠程自動控制兩部分組成。本地控制面板設置每臺泵啟動/停止按鈕、總電源開關、電源指示燈、泵運行狀態指示燈、風機運行狀態指示燈等。泵及風機的停止受遠程自動控制，同時泵及風機相應工作狀態反饋至上位機。控制柜為防爆控制柜，防爆等級為EEXdIIBT4，防護等級IP54。

厭氧池、MBR系統、紫外殺菌系統、加藥系統、控制系統集成在1個集裝箱橇座平臺上；回轉式格柵除污機及緩沖調節池構成另1橇塊。因此整套污水處理系統共有2個橇塊組成，便于吊裝及運輸。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設備調試

3.1 現場安裝

（1）設備全部為模塊化設計，運輸至現場在地面鋪撒一層石子后將模塊2吊裝放置；挖掘一個深度略大于模塊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）將動力線接至污水處理設備總配電柜，完成電力供應。

（3）完成設備的安裝檢查及單機調試后開始進行清水試車，經測試設備整體狀態正常。

3.2 活性污泥的培養

由于設備地處非洲大陸遠郊營地，且是新設備的首次應用，無法獲得活性污泥進行接種，只能采用自行培養方式。

活性污泥的培養初期采用間歇培養法，由于項目現場屬于牧區，收集新鮮牛糞投加到曝氣池中進行滿水悶曝、排放，利用MBR的分離作用截留住微生物，再進水悶曝、排放。循環3～5個周期就會有一定量的活性污泥產生，開始用連續培養的方法，經過約20天的培養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（運轉9 min，停止1 min）的方式。此時經測量除磷外的其他指標均合格。

3.3 除磷工藝改造

由于磷含量達到63～95 mg/L，依靠MBR生化工藝很難將總磷含量降至標準以下，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，同時將清水池1改造為沉淀池，經沉淀后水進入清水池2外排，總磷指標合格。

4測試結果

經過方案工藝設計、設備選型、生產制造、現場安裝調試和相應的改造，海外鉆井隊生活污水處理項目全部實施，通過污泥培養合格后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）標準。生活污水處理前后水質指標見表2。

當設備需要搬遷，如果斷水時間為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，到達新場地通水通電后即可開始進行生活污水的處理。

表2 生活污水處理前后水質指標

5結語

（1）平板膜式生物反應器用于鉆井隊生活污水處理可達到The National Environment(Standards for Discharge of Effluent into Water or on Land)Regulations（S.I.No 5/1999）標準。

（2）該生活污水處理設備設計為2個模塊，具備了高效、穩定、易搬遷的特點。

（3）由于是在海外遠郊營地，設備僅需在首次使用時進行污泥的培養，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生活污水的處理。

[1]鄭秋生，劉麗明．基于MBR技術的生活污水處理設備設計[J]．資源節約與環保，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．鉆井隊生活污水處理設備研制[J]．油氣田環境保護，2014，24（6）：3-6．

[4]鄭秋生，霍志堅，邵天澤，等．膜生物反應器營地生活污水處理設備應用[J]．油氣田環境保護，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年畢業于西安工程大學機械工程專業，現任中海油能源發展股份有限公司安全環保分公司項目工程師。

（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目（CNOOC-KJ 125 ZDXM 26 THY NFCY 2014-01）。