海洋平臺生活污水循環利用工藝流程設計與應用*

王文光 黃 巖 曲兆光 劉春雨 錢 欣 萬宇飛

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459)

隨著海上油田的開發，海洋平臺上生活污水的處理問題日益突顯，海洋環境的污染問題也越來越受到重視[1-2]。海上平臺生活污水可以分為“灰水”和“黑水” 2種類型，其中日常洗浴污水、地面沖洗水以及廚房、洗衣間排水等為灰水；來自衛生間大便器、小便器及醫務室排水為黑水[3]。

目前生活污水的處理方法主要有物理化學法、生物化學法、電解法和生物膜法等[4]。其中，物理化學法所需的消毒藥劑量大、處理設備尺寸大，因而逐漸被生物化學法和電解法所替代。生物化學法初始投資較少，運行費用低，但處理裝置的日常運行、維護較為復雜。電解法處理裝置體積較小，電解產生的離子可以起到消毒殺菌的作用，不需要添加消毒藥劑，而且可以處理的生活污水種類多，處理裝置可以隨時啟停、運行操作簡單[5]，在海上平臺的應用越來越廣泛。生物膜法是一種生物化學法與膜分離法相結合的處理技術[6]，目前在陸上油田應用效果較好[7]，在海洋平臺上也已經開展應用，并取得了良好的效果。

目前海洋平臺生活污水的常見處理流程是灰水經過簡單過濾后，與黑水一起進入生活污水處理裝置，處理達到所屬海域的排放標準后進行排放[8]。由于灰水在生活污水中所占的比例較大，為減少生活污水的排放量，部分有注水需求的油田將處理合格后的灰水回注地層[9-10]。但黑水的COD(Chemical Oxygen Demand)和固體懸浮物含量較高，常規處理較難達到注水水質要求，因此目前多數海洋平臺仍將處理達標后的黑水進行排放。

雖然目前的處理流程符合國家標準規范的要求，但海洋環境問題促使環保要求越來越嚴格，2013年國家海洋局發布了《關于進一步加強海洋工程建設項目和區域建設用海規劃環境保護有關工作的通知》，明確指出要重點監督和監測海洋工程建設項目零污染措施，而只有實現“零排放”才能從源頭上真正實現“零污染”，尤其部分油田需要在海洋環境敏感區域進行開發，因此探索實現海洋平臺生活污水“零排放”的工藝和技術刻不容緩。本文提出了一種適用于海洋平臺的生活污水循環利用工藝流程，并在渤海油田得以應用，實際運行效果良好。

1 海洋平臺生活污水循環利用工藝流程設計

1.1 工藝流程

為解決黑水的排放問題，本文提出在進行海洋平臺生活污水處理流程設計時采用生活污水循環利用的理念，先將黑水處理達到中水的水質指標，然后回用沖廁，實現循環利用(圖1)。

圖1 海洋平臺生活污水循環利用工藝流程Fig.1 Recycling utilization process of sewage on offshore platforms

首先，黑水經過管道破碎機進入厭氧反應器進行預處理，反應器內部采用上下垂直折流的流動方式，提高了黑水與厭氧菌的接觸面積，可以將大分子和難降解的有機物酸化和水解。然后，黑水進入生物膜反應器，反應器內部設有超濾膜組及填料并分為若干個區域，底部設有曝氣裝置，污水在氣流推動下在不同區域間循環流動，實現同步脫碳、脫氮和除磷，有機物分解為CO2和H2O，污泥經過超濾膜過濾后與污水分離[6]。分離出的水進入微電解裝置進行進一步處理，微電解池內引入具有催化活性的活性炭磺化煤填料(該填料既可作為吸附劑，又可作為三維復級電極)，從而形成無數的微型電解槽，使被電解物的泳移距離縮短，電解電壓減小，能耗與停留時間大大降低[11]。微電解能夠有效除去水中的有機物、氮、磷等污染物[12]，電解產生的強氧化劑還能起到殺菌消毒的作用。經“生物膜+微電解”處理后的黑水達到中水回用標準，進入中水壓力水罐儲存并進行回用。黑水中分離出的污泥沉積在設備底部，可定期清理并運回陸地處理。

無油灰水(洗滌用水等)和含油灰水(廚用水等)分別經過處理和過濾后進入平臺的開排系統，然后進入生產水處理系統，處理合格后用于油田的注水開發。當中水壓力水罐中液位下降或中水須更換時，灰水也進入生活污水處理裝置，并與黑水一起處理合格后作為中水使用，最大程度上減少了淡水或海水的用量。

1.2 主要技術特點

本文提出的海洋平臺生活污水循環利用工藝結合了生物膜和微電解技術，實現了對傳統生活污水處理流程的改進。與傳統工藝流程相比，本文提出的海洋平臺生活污水循環利用工藝主要有以下優勢：

1) 重復利用生活污水能夠從根本上減少海洋平臺生活污水的排放量，保護海洋環境；

2) 利用中水沖廁可以減少生活樓沖廁的海水使用量，降低海水泵的負荷；

3) 利用中水取代海水沖廁可以減少管道腐蝕；

4) 生活污水處理后剩余的污泥較少，便于處理和運輸。

2 在渤海油田的應用

本文提出的海洋平臺生活污水循環利用工藝目前已在渤海油田兩座平臺得到應用，設計處理規模均為60人。從A平臺現場應用效果來看，流程和設備運行穩定，處理后的生活污水能夠達到中水回用水質要求(表1)[13]，而且平臺黑水處理合格后，大部分作為中水進行了回收利用，但流程中仍然設置有排?？?，并未完全實現“零排放”(圖2)。

表1 渤海A平臺生活污水處理設備出水水質Table 1 Effluent water quality of the sewage treatment equipment of A platform in Bohai sea

圖2 渤海A平臺生活污水處理流程Fig.2 Process of sewage treatment system of A platform in Bohai sea

B平臺是渤海油田新建的一座中心處理平臺，位于生態環境敏感區。根據環保要求，該平臺生產、生活污水不允許排放，因此對平臺生活污水處理工藝進行了改進(圖 3)。改進后的生活污水處理流程中不再設置排?？冢窃O置一個污水回收罐，當中水須更換或出現應急工況時，可以將中水排入生產污水處理與回注系統，或將中水或污水排入污水回收罐，定期拉回陸地處理。

圖3 渤海B平臺改進后的生活污水處理流程Fig.3 Modified process of sewage treatment system of B platform in Bohai sea

由此可見，本文提出的海洋平臺生活污水循環利用流程使海上平臺生活污水系統實現了真正的“零排放”，能夠充分利用平臺水資源,減少生活污水排放,保護環境，應用前景廣闊。

3 結論

1) 為解決海洋平臺生活污水處理及利用問題，提出了一種適用于海上平臺生活污水循環利用工藝流程。該工藝在傳統處理流程的基礎上，結合“生物膜+微電解”處理技術，將黑水處理達到中水指標，回用沖廁，有效減少了平臺上淡水或海水的使用，同時避免了生活污水外排。

2) 目前該工藝已在渤海油田的2座平臺得到應用，現場流程和設備運行穩定，處理后的水質能夠達到標準要求。改進后的工藝流程采用污水回收罐代替傳統的排海口，可實現生活污水“零排放”。