電解法生活污水處理裝置的優化改造與MBR 工藝

趙效賠，張武超，帥劍鋒，朱小津

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業公司 天津300457)

1 電解法生活污水處理裝置改造背景

1.1 某平臺電解法生活污水處理裝置現狀

某海上平臺所使用的電解法生活污水處理裝置現存在調節柜液位高、膜化學需氧量(COD)值不理想、每日排放量大等一系列問題。該平臺的電解法生活污水裝置投用于2016 年，設備投運初期，化驗的COD 數據穩定在240～290 mg/L，數據較高，效果不佳。隨著時間的推移，電解法生活污水處理裝置問題盡出。同時應用生物膜技術的生活污水裝置投用時間相比電解法生活污水裝置投用時間晚，生物膜技術處理工藝更符合時代發展、技術革新趨勢，因此電解法生活污水裝置有著迫切的升級改造需要。

1.2 電解法生活污水處理裝置優化改造方向

現如今生活污水處理的主要工藝有：生化處理工藝、A/O 工藝(厭氧，好氧工藝)、SBR 工藝(序批式活性污泥法)、曝氣生物濾池工藝、MBR 工藝(膜分離技術與活性污泥法結合)[1]。其工藝對比見表1。

雖然MBR 工藝膜造價較高，但考慮到MBR 工藝對比其他工藝出水水質穩定、占地面積極小、運行成本低、可除去氨氮難降解有機物、易于改造，故結合平臺現場實際情況，建議為平臺現有的生活污水處理裝置加裝MBR 膜組，將電解法處理生活污水裝置優化升級為MBR 工藝與電解工藝相結合的生活污水處理裝置。

表1 生活污水工藝對比Tab.1 Comparison of domestic sewage treatment processes

1.3 MBR工藝簡介

MBR 污水處理、水資源再利用領域又稱膜生物反應器，是一種由活性污泥法與膜分離技術相結合的新型水處理技術[2]。該工藝所用膜的種類繁多，按分離機理有反應膜、離子交換膜、滲透膜等；按膜的性質有天然膜(生物膜)和合成膜(有機膜和無機膜)；按膜的結構形式有平板型、管型、螺旋型及中空纖維型[3]。

膜-生物反應器主要由膜分離組件及生物反應器兩部分組成[3]。通常提到的膜-生物反應器實際上是3 類反應器的總稱：

①曝氣膜-生物反應器AMBR(Aeration Mem brane Bioreactor)；②萃取膜-生物反應器 EMBR(Extractive Membrane Bioreactor)；③固液分離型膜-生物反應器 SLSMBR，簡稱 MBR (Solid/Liquid Separation Membrane Bioreactor)。

考慮到固液分離型膜-生物反應器在生活污水處理系統中的膜-生物反應器研究最深入、應用最廣泛，平臺生活污水處理裝置改造優化采用此類型膜-生物反應器。根據膜組件和生物反應器的組合方式，可將膜-生物反應器分為分置式、一體式以及復合式3 種基本類型[4]。參見表2。結合平臺現場實際條件，宜選擇分置式固液分離膜-生物反應器。

表2 膜-生物反應器類型對比Tab.2 Comparison of membrane bioreactor types

1.4 優化改造后與此前淘汰的船用膜法生活污水處理裝置區別

平臺2016 年所淘汰的某廠生產的(WCMBR)生活污水處理裝置雖然型號中帶有MBR，且也都是采用生物膜技術，但實質上與此次優化改造的MBR 工藝有所不同。

WCMBR 生活污水處理裝置應用生物接觸氧化法和MBR 法，并通過紫外線進行消毒處理。其中生物接觸氧化法是以附著在載體(俗稱填料)上的生物膜為主，凈化有機廢水的一種處理工藝，是從接觸曝氣法改良演化而來的[5]。填料作為微生物的載體，為微生物生長提供場所，且生物量與生化需氧量(BOD)負荷成正比變化。當BOD 負荷過高時，填料容易堵塞。并且平臺若無自動隔油器，填料易被油污染，同時生物膜也存在脫落的可能。

鑒于此前投用的WCMBR 裝置在運行中存在諸多問題，本次改造方向會吸取WCMBR 生活污水處理裝置以及電解法生活污水處理裝置運行過程中的教訓與經驗，做好新增設備的預防性隱患管理。

2 電解法生活污水處理裝置優化改造方案

2.1 優化改造前后生活污水流程

優化改造前，某平臺現有電解法生活污水處理裝置由調節柜、預處理柜、分離柜、電解柜、電解池、風機、循環泵(粉碎泵)、聯控盤、電源箱等組成。

衛生間黑水、洗浴和廚房灰水從調節柜進入裝置。調節柜將污水氣提至預處理柜，在預處理柜進行初步固液分離。循環泵定時運轉，將調節柜底部沉渣擊碎，使其在調節柜中進一步沉淀分離。在分離柜中，通過沉淀進行進一步固液分離，污水高位溢流至電解柜，隨后在電解柜中與電解的海水進行氧化消毒，經電解柜處理后的清水排放至舷外。流程示意圖如圖1。

優化改造后，生活污水裝置由生物反應器(調節柜可改造)、預處理柜、MBR 池(分離柜可改造)、電解柜、電解槽、風機、循環泵(粉碎泵)、給水泵、排水泵、聯控盤、電源箱組成。

衛生間黑水直接進入生物反應器(調節柜)，廚房灰水經過自動隔油器后進入生物反應器(現假定隔油器已安裝投用、洗浴灰水進開排改造已落實的最理想情況下)，生物反應器設有改造后的氣提管線，生物反應器沉渣沉降于池底通過循環泵定期粉碎、循環后分解，污水氣提至預處理柜。預處理柜保持原結構、流程進行固液分離。在預處理柜與MBR 池之間設有給水泵(增加流速，同時與MBR 池底部改造后的曝氣管線配合使用增加膜通量，減輕膜污染)，預處理柜中的污水進入MBR 池，得到凈化的污水從MBR膜組件集水管線經由排水泵進入電解柜與海水進行反應，最后電解柜處理的污水排放至舷外。改造優化后示意圖見圖2，改造優化后流程見圖3。

圖1 現有生活污水裝置流程Fig.1 Flow chart of existing domestic sewage treatment device

圖2 改造優化后示意簡圖Fig.2 Schematic diagram after transformation and optimization

圖3 優化改造后生活污水處理裝置Fig.3 Domestic sewage treatment device after optimization and transformation

2.2 舊設備改造

由改造優化后的設備流程可知，MBR 工藝在原有的污水處理裝置上改造方便，現結合平臺以往的經驗教訓對舊設備的改造以及新增設備的安裝進行如下說明。

2.2.1 生物反應器

提供生物活性環境制造的場所，例如化糞池。根據現有條件可將調節柜進行改造優化，改造示意圖見圖4。

圖4 優化改造生物反應器Fig.4 Optimization and transformation of bioreactor

將曝氣盤與氣提管線相連，利用氣泡向上帶動水流動的原理將頂部浮渣與底部固體之間的糞水氣提至預調節柜。現場需要改動的地方有：①加粗氣提管線3，同時加大風機的流量，最大程度保證氣體流量(在以往設備運行中，氣體管線3 總是堵塞，污水從溢流口流入預處理柜，從而導致糞便浮渣等固體從溢流口流入預處理柜，進而影響生活污水處理能力)；②調整氣體管線豎管底部位于糞便浮渣層和糞便沉積消解層之間的糞水層。

2.2.2 MBR 池

膜池，放置MBR 膜組件的場所。根據現場實際情況可以將分離柜改造為MBR 池。現場需要改動的地方有：①根據所選MBR 膜組件尺寸型號在分離柜底部加裝地腳螺栓，以固定MBR 膜組件；②根據所選MBR 膜組件尺寸型號增加曝氣管線數量與尺寸。

2.2.3 風機

保證生活污水處理裝置中的氣體流量以及MBR池中的傳氧效率，需使曝氣強度加大[6]。因此更換流量更大的風機(風機具體型號由MBR 膜組件以及系統中的氣體流量決定)。

2.3 新增設備的安裝

2.3.1 給水泵、排水泵

在預調節柜(預調節柜3B)與MBR 池(分離柜)之間新增2 個給水泵，在MBR 池與電解柜之間加裝2 個排水泵，保證污水通過膜池的流速。水泵可設計成手動、由液位傳感器控制的自動模式(選用型號以所選MBR 膜組件生產廠家、型號類型而定)。

2.3.2 排水真空壓力表

可設置在MBR 池至電解柜出水管線上，用于判斷MBR 膜是否堵塞。

2.3.3 MBR 膜組件

MBR 工藝中常用的膜組件形式有板框式、圓管式、中空纖維式[7]。對于MBR 膜組件設計的一般要求：為膜組提供有效機械支撐，流動暢通無死角；能耗低、效率高、污染小；裝填密度高，安裝、清洗、更換方便；機械強度、化學和熱穩定性可靠[8]。現對3 種膜組件進行對比，如表3 所示。

考慮平臺此前選用MBR 膜組件的經驗與教訓(2016 年平臺淘汰設備曾選用圓管式膜組件，見圖5)，并結合現場實際，本次改造優化擬選定中空纖維MBR 膜組件。

表3 膜組件類型對比Tab.3 Comparison of membrane module types

由圖6 可知，風機提供大量的空氣，空氣經曝氣主管進入曝氣支管后排出，由此帶動污水向上流動，污水與MBR 膜充分接觸，污水由膜孔進入MBR 膜內部，其中大分子成分則被截留。排水泵啟動后，經膜過濾的污水在壓力的作用下從MBR 膜內部進入所連的集水管、集水總管，最后由排水管線進入電解柜進行下一步處理[7]。

圖5 此前膜組件Fig.5 Previous membrane module

圖6 膜架結構及MBR膜內部Fig.6 Membrane frame structure and MBR membrane interior

2.3.4 清洗加藥箱

可設置在柜體上方，所接管線與MBR 膜組件出口集水管相連，其主要作用是藥洗MBR 膜。MBR 膜清洗用藥一般為次氯酸鈉或者次氯酸鈉與氫氧化鈉的混合液(表4)。此外還有調試用藥，如石灰粉、濃硫酸、凝聚劑、助凝劑等[8]。

表4 MBR膜清洗常用用藥Tab.4 Commonly used drugs for MBR membrane cleaning

3 生活污水處理裝置優化改造后運行維保

3.1 MBR膜組件保養注意事項

根據廠家給的膜清洗參數——真空壓力表報警值，進行相應的MBR 膜組件清洗。并在運行一定時間后(或按平臺生活污水裝置季度維保時間)將膜組件中的膜進行細致查看，必要時進行拆卸、清洗甚至更換。

清洗方式為藥洗。膜清洗流程閥門動作流程可參考圖3，①關閉風機、給水泵、排水泵、循環泵；②關閉閥1～3、5～7、8、10、12，打開閥4、9、11、13 藥劑通過加藥管線流入MBR 集水管線；③打開風機，讓MBR 膜在曝氣的沖刷下得到有效恢復；④關閉加藥閥門13，啟動排水泵，將清洗殘液排放至生物反應器(調節池)中；⑤恢復正常流程。

3.2 其他問題

①由WCMBR 裝置以及電解生活污水處理裝置的日常運行可知，排水泵、給水泵、曝氣風機都應設置兩臺，采用“一備一用”制。同時在泵的入口加裝濾網，以往由于污水內的雜質顆粒較多，導致粉碎泵的機械密封面破壞，造成粉碎泵機封泄漏的情況。

②在以往WCMBR 裝置的運行中，存在膜處理裝置不易拆檢更換的問題。本次生活污水處理裝置進行的優化升級中，將MBR 膜組件放置于分離柜中，可根據排水真空壓力表示數確定是否需要進行清洗，一般清洗時進行簡單的啟泵、停泵操作即可(操作可參考3.1 項)，并且在生活污水處理裝置季度維保時，可將MBR 膜組件拆卸清洗甚至更換。

4 結 論

優化改造后，首先解決了COD 值高的問題。調節柜升級改造為生物反應器、氣提管線以及曝氣壓力進行相應優化，保證了生物反應器(調節柜)至預處理柜的分離效果，同時保留原設備預處理柜1、預處理柜2A、預處理柜2B、預處理柜2C、預處理柜3A、預處理柜3B 的設計，使污水進一步固液分離，且MBR池(分離柜)底部的沉渣定量氣提至預處理柜1，在此柜儲存消化。預處理柜3B 與MBR 池(分離柜)設有的給水泵保證水流速，確保了MBR 膜的凈化功效，凈化后的污水在排水泵的作用下由MBR 膜組件出口集水管進入電解柜與電解的海水進行氧化反應，隨后被處理過的污水排放，COD 值高的問題得以解決。其次生活污水每日排量大的問題是由于電解的海水量過大，優化改造后，污水已經過MBR 膜處理，水質得到一定保證，因而可以降低參與電解海水的比例，進而降低生活污水每日排量。

最終改造優化方案應以現場實踐與廠家實地考察結果為準，上述優化改造方案僅提供一種海上平臺電解法生活污水處理裝置的改造方向。由于改造方案中沒有具體、明確地講述電解法與MBR 工藝相結合改造優化后的設備圖紙以及PLC 邏輯控制的相關試驗技術，待改造優化方案確定后，可與相關廠家溝通，進行相關文件的補充完善。