海外油田生活營地污水處理設備的研究及應用

阮鋒 鄭秋生

1中國海洋石油國際有限公司

2中海油能源發展股份有限公司安全環保分公司

中國油氣企業在海外油田開發過程中，一般需要建設配套的生活營地，由于營地一般距離城市較遠，沒有配套的污水處理廠，所以營地還需要建設配套的生活污水處理設備[1]。由于營地24 h運轉污水產生量大，同時缺乏專業人員管理[2]，如果出現污水處理不合格事件容易在當地對石油公司的聲譽造成不良影響，所以一定要選擇較穩定的污水處理工藝。本文以在非洲某國進行的油田開發項目過程中營地生活污水處理設備的設計建造為例進行說明。

1 污水處理系統

1.1 系統構成

結合本項目特點選擇“預處理+生物轉盤”工藝，其主要由預處理系統設備、生物轉盤處理系統、加藥系統、電氣控制系統和儀表設備組成。污水經過初步機械分離、生化處理、過濾和除磷流程將無機污染物分離出、有機污染物及氮磷消耗去除，使水質凈化[3]。

圖1 污水處理系統工藝流程Fig.1 Process flow of sewage treatment system

1.2 工藝流程

污水處理系統工藝流程如圖1所示。生活污水由營地地下收集管網收集。廚房污水先經隔油池處理后與其他污水一起經泵提升進入粗細格柵一體機，攔截較大顆粒懸浮物及漂浮物。經過格柵流程的污水進入到預處理單元，預處理單元隔離為四個分單元，第一分單元是水解酸化池，將污水中難處理大分子有機物進行降解；第二分單元是缺氧池，主要進行反硝化除氮；第三分單元作為備用好氧池在生物轉盤故障或裝置檢修時，確保整個系統的運行，日常主要作為調節池；第四分單元主要起到均衡水質、調節水量的作用[4]。

預處理單元處理的污水經提升進入生物轉盤，進行有機物的消耗去除和硝化反應。生物轉盤部分出水回流至缺氧池進行反硝化除氮[5]；另一部分出水進入絮凝沉淀池，進行泥水分離，同時在絮凝沉淀池內加入PAC，進行化學法強化除磷[2]。沉淀池底部的污泥排至污泥貯池，一部分污泥回流至預處理單元的水解酸化池，另一部分作為廢棄的剩余污泥排放；沉淀池上清液自流進入DE型濾池單元通過過濾去除SS，出水經消毒后流至中水池用于營地回用。

生物轉盤不能正常使用或需要較長的檢修時間時，啟動預處理池第三段作為好氧池，作為有機物去除和氨氮硝化的功能模塊。好氧段部分出水經回流泵回流到預處理的第二段進行缺氧反硝化。備用系統能夠在生物轉盤不能正常工作時保證出水指標達標。

1.3 工作原理

系統流程各單元設備工作原理見表1。

1.3.1 生物轉盤

為保證處理效果，通過采用凹凸圓板結構使生物轉盤的有效比表面積增大，微生物濃度增大。生物轉盤如圖2所示。

運行過程中，通過出水閥門調節控制盤片約40%浸沒在污水中，通過電動機帶動生物轉盤緩慢旋轉[6]。轉盤轉動離開污水與空氣接觸，生物膜上的固著水層從空氣中吸收氧達到過飽和，并將其傳遞到生物膜和污水中，使污水中的溶解氧含量達到需要的濃度，利用生化反應對污染物進行降解。通過生物轉盤的緩慢旋轉，老化的生物膜在水流剪切力的作用下剝落，確保了生物膜的高效性[7]。

生物轉盤的凹凸結構適合好氮、硫微生物生長，能夠攝取、吸收、分解污水中致惡臭化合物。處理過程中不會有大量泡沫產生，生物膜更新換代速度快，濾池蠅無法滋生。為了更好地解決臭氣和蚊蠅問題，進行了生物脫臭處理，排放氣體完全無臭味，特殊的外罩結構使蚊蠅無法進入。為了使設備更好地除臭，設有除臭風機。該系列設計很好地解決了非洲高溫地區蚊蠅的滋生問題，凈化了運行環境。

表1 流程各單元設備工作原理Tab.1 Operation principle of each unit equiment in the process

圖2 生物轉盤示意圖Fig.2 Diagram of biological rotary table

1.3.2 轉鼓濾池

轉鼓濾池的主要作用是對污水中絮凝產生的懸浮物進行過濾。污水軸向進入濾池、徑向過篩網流出，將懸浮物截留在濾網上，當濾網旋轉至頂部時，被壓力水沖洗進入排渣槽排出[8]。該轉鼓濾池性能穩定、過濾速度高，濾芯采用模塊化、標準化設計，可依據處理量要求靈活調整處理單元，維護方便，運行可靠。

1.3.3 紫外線殺菌消毒設備

紫外線消毒器是以生態學的方式對水體進行消毒處理，通過253.7 nm波長的紫外線對微生物滅殺，達到殺菌、消毒的目的。

2 設備調試與應用

2.1 設備的生化調試

啟動設備運行正常后，調試的主要工作是生物轉盤掛膜。生物掛膜要求進水具有合適的碳氮磷營養比例、溫度、pH值等。同時培養初期避免大量毒物進入；因初期生物膜量少、盤片轉速低，需降低通風量，以免使槽內溶解氧過高[7]。本項目由于地處非洲常年高溫地區，所以環境溫度非常適合于微生物的生長。

設備直接進水充滿后，啟動電動機讓生物轉盤片轉動。因為生物轉盤的外形與池體相吻合，轉動時由于慣性可將池中活性污泥液攪動，轉盤表面覆蓋一層液膜，為細菌的生長和傳遞營養物質提供有利條件。盤片交替與水和空氣接觸的過程中，微生物利用由盤片攜帶的氧氣氧化水中有機物，從而促進微生物的生長、繁殖。為保證微生物的最佳生長狀態，基本保持C∶N∶P為100∶5∶1的比例。轉盤以低速轉動，使上清液中的游離細菌附著在盤面上，48 h內不新進水[9]。

48 h之后可以開始連續進水，逐步提高流量進行運轉。在外觀生物膜生成一定厚度時，進水流量需依據現場污水水質實際情況逐步提高，待生物膜厚度約1～3 mm左右出水效果達到設計要求時，即可提高流量至設計標準。掛膜期間應定期采樣鏡檢，觀察生物相的變化。掛膜完成后的生物轉盤如圖3所示。

圖3 掛膜后的生物轉盤Fig.3 Biological rotary table after biofilm formation

2.2 設備的除磷

由于該地區使用的洗滌用品中磷含量非常高，依靠生化工藝本身聚磷菌的作用不足以使磷含量達標，所以使用加藥裝置加入PAC，經過絮凝沉淀池工藝進行化學法強化除磷，使總磷指標合格[10]。

2.3 設備的應用測試

經過工藝方案比選，采用“預處理+生物轉盤”工藝，同時考慮了備用好氧池的設計，保證了運行過程中污水處理的穩定合格。通過現場實時跟蹤測試，處理效果穩定且符合項目所在地國家污水外排標準，各項數據測試結果見表2。

3 結束語

采用“預處理+生物轉盤”工藝組合，同時考慮備用好氧池的設計，提高了設備整體的處理效果穩定性，通過對設備進行掛膜調試，使設備處于穩定運行的狀態，出水指標滿足項目所在地國家污水外排標準。經過較長時間的運行，證明該工藝組合是穩定可靠的，適用于海外油田生活營地污水的處理。

表2 處理效果檢測結果Tab.2 Test results of treatment effect