海外油田開發遠郊營地生活污水處理設備研究

邵天澤，張 敏

（中海油節能環保服務有限公司，天津 300450）

海外油田開發期間，為了便于油田開發，首先需要建立大量的長期生活營地設施和鉆井隊的流動鉆井營地。在運維過程中，生活營地會產生大量的生活污水，按照中國、美國、歐盟以及世界銀行組織的環保規范，生活污水需要處理達到相應排放標準后才能排放。

1 目前海外遠郊營地生活污水處理設備存在的問題

通過對海外現場實地調研，筆者發現，目前的生活污水處理設施在建造和使用過程中存在以下需要解決的突出問題。一是海外油田遠郊營地一般位于落后國家的偏遠地區，因此生活污水處理設備需要具備布局合理、模塊成撬、體積較小和便于運輸的特點；二是接種法的活性污泥難以找到，導致調試周期較長；三是主要服務于油田鉆井隊，其具有明顯的特殊性。

海外遠郊營地生活污水處理設備的特殊之處主要表現為：（1）鉆井隊在一個井場完成任務后需要轉移至另一個井場，其轉移較為頻繁，需要考慮在轉移過程中設備斷水、斷電的情況；（2）每天各個時段產生生活污水的水質、水量不同，晚間18:00-21:00時段產生污水量為每天污水總量的70%左右，對生化系統造成水力負荷以及有機負荷沖擊，需要考慮增加調節池來調節水質水量；（3）鉆井隊沒有專業的環保設施運行人員，需要設備安裝、拆卸和維修方便，并且保證污水處理設備能夠24 h自動運行；（4）處理設備在野外露天放置，應考慮設備防雨、防銹以及溫度等條件對處理工藝的影響[1-3]。

因此，需要開發一種便于運輸、安裝簡便、運行穩定、操作簡單并能適應海外鉆井營地特點的新型生活污水處理裝置。中海油能源發展股份有限公司安全環保分公司作為中海油內部專業的環保公司自2012年起開始進行海外遠郊營地這一特殊應用場合生活污水處理設備的研究和實踐工作。

2 海外遠郊營地生活污水處理技術研究

2.1 生活污水處理主體工藝比選

目前，比較流行的生活污水處理裝置所采用的工藝主要有物化法、生化法（活性污泥法、生物膜法和膜生物反應器法）、電解法等。其中，大型的城市市政污水處理廠主要采用生化法工藝，電解法主要在部分船舶及海上設施中使用。從整體的應用效果來看，生化法是目前生活污水處理效果較好、較經濟的工藝技術。通過分析各種工藝優缺點，結合國內應用實例，筆者確定MBR工藝是一種較好的選擇。

MBR分為分置式MBR和一體式MBR。分置式MBR指膜組件與反應器分離，反應器中的污泥混合液由離心泵打入膜組件，通過正壓使清水透過膜作為出水，活性污泥、懸浮物等則被膜截留，并回流到反應器內。由于污泥混合液為錯流運行，污染較少，但活性污泥在高剪切力下容易受到破壞，污泥活性降低，生化處理效率下降。

一體式MBR反應器的膜組件置于生物反應器內，通過抽吸泵抽吸使膜內形成負壓將清水通過膜作為出水，而活性污泥、懸浮物等則被膜截留在生物反應器內。一體式MBR在膜組件下方設置曝氣裝置，利用曝氣時氣泡帶動污泥混合液對膜表面進行沖刷，降低膜組件污染，但由于負壓出水，膜通量要低于分置式MBR[4]。海外項目現場無法獲取活性污泥進行接種，因此活性污泥的培養是需要重點考慮的方面，同時考慮到設備整體能耗，筆者確定采用一體式MBR工藝。

2.2 設備的模塊化、一體化

一體化MBR生活污水處理裝置包括集水系統、生化反應系統、污泥回流系統、曝氣系統、膜組件、MBR膜氣沖刷系統、抽吸泵以及化學藥劑清洗系統等[5]。

由于厭氧、好氧、MBR膜系統、自吸系統、反洗系統、曝氣系統和污泥回流系統等功能連續，因此將幾個功能模塊設計在一個撬塊之上。結合工程實例，當污水處理量較小時，可將整個撬塊安裝于標準集裝箱。當污水處理量較大時，可將污水處理設備撬塊設計為集裝箱式，箱體即作為各個系統的一部分。

在進行設備內部流程管線配管時，既要考慮到設備的模塊化、一體化和體積小型化的要求，同時為避免產生管線堵塞、自吸泵汽蝕等情況，應減少管路路徑長度和彎頭數量[6]。

2.3 設備的安裝調試

2.3.1 設備的現場安裝

生活污水處理設施為一體化、模塊化撬裝設備，尺寸按照標準化集裝箱設計，便于車輛運輸。運輸至新的井場營地后，在井場堅硬地面鋪設0.1 m砂石墊層壓實即可作為基礎；集水系統通過液位差來收集生活污水，因此集水模塊地埋設置，底層鋪設0.2 m砂石墊層；各營房污水管線與集水系統、污水處理設施各模塊之間采用帶快速接頭的鋼絲軟管連接，方便拆裝。

生活污水處理設施用電電壓為380 V，通過動力電纜接至設備總配電柜，總配電柜與各模塊之間用帶有防水防爆工業快速插頭的電纜連接供電。

待設備各模塊安裝完畢以及通水、通電后進行單機試車和清水聯調，上述工作完成后開始進行生化調試。

2.3.2 生化調試

生化調試即污泥的培養，分為污泥接種法和自行培養污泥法，由于遠郊營地無法獲取接種用活性污泥，只能自行培養。活性污泥自行培養分為三個階段。

（1）悶曝階段。在生化模塊中加入適量的水塘淤泥、人類或動物糞便，然后加入生活污水至反應器最高水位，開啟曝氣進行悶曝，時間約3 d，其間測定反應器中污水的pH值、化學需氧量（COD）、總氮（TN），通過添加藥劑來調節污水水質。

（2）間歇進水階段。悶曝3 d后開始間歇進水，每次進水量為反應器體積的1/3，進水曝氣8 h、排水循環進行，10 d后有大量的活性污泥產生。

（3）連續進水階段。間歇進水10 d后開始連續進水，進水量從設計值的50%逐漸提升至80%，最終運行工藝參數為：SV30值在40%～60%，溶解氧濃度在3～4 mg/L，污泥回流比在300%左右[1]。

3 設備的應用情況

經過方案工藝設計、設備選型、生產制造、現場安裝、生化調試合格以及三個月現場試運行后，試運行期間出水水質符合美國公共設施二級處理標準、歐盟城鎮污水處理指令以及日本生活環境項目排放標準，具體指標有五日生化需氧量（BOD5）、總懸浮物（TSS）、COD、pH、TN和總磷（TP），數值如表 1所示[7]。

表1 設備出水水質對標

當井隊轉移，生活污水處理設備需要搬遷至新的井場時，若在3 d內轉移完成，可排空生化處理模塊中活性污泥，保留膜系統中的活性污泥，作為下一次啟動種泥；若轉移時間超過3 d，則需要將膜系統中的活性污泥全部排空并進行清洗，最后將膜系統內充滿2%丙酸作為保護液。

4 結語

海外遠郊營地生活污水處理設備由于應用場合的特殊性需要具備便于運輸、安裝簡便、運行穩定和操作簡單的特性。MBR工藝作為一種成熟的污水處理工藝通過一些特殊的設計能夠滿足海外遠郊營地場合的應用要求。運行結果表明，出水水質符合美國公共設施二級處理標準、歐盟城鎮污水處理指令以及日本生活環境項目排放標準。