循環水環保衛生間的設計及應用

杜永彬

中國石油集團長城鉆探工程有限公司工程服務公司 遼寧 盤錦 124010

引言

石油鉆井隊的作業現場使用的衛生間大都是簡易的旱廁,需要在衛生間下部提前挖坑以存儲糞便,待井隊搬遷之后再進行填埋或處理。冬季使用時寒風刺骨,糞便結冰越堆積越高難以處理。夏季悶熱難耐,臭氣熏天,蚊蠅及病菌滋生,極易誘發疾病,對員工健康帶來了威脅,嚴重影響身心健康。此外,根據新環保法的要求,糞便及污水不允許直接露天排放,避免污染環境。循環水環保衛生間的研發成功及應用,有效改善了一線員工的如廁條件,保護生態環境,節約水資源。

1 環保衛生間現狀及分析

目前環保衛生間根據設計原理不同,主要可分為三大類：循環水型環保衛生間、免水沖型環保衛生間和節水型環保衛生間。

免水沖型環保衛生間根據其處理工藝的不同可分為免水生物處理型環保衛生間、打包型環保衛生間。節水型環保衛生間主要通過改進除臭裝置、抽吸設備、蹲便器以達到節水的目的。包括真空廁所、除臭廁所。循環水型環保衛生間的水源為首次使用時加注的水,污水處理系統通過生化反應裝置逐級降解,利用活性污泥和生物膜的原理對糞尿污染物進行處理,定期向生化反應裝置中投加微生物菌劑,使其大量繁殖以增強凈化效果,對出水再進行殺菌消毒,以達到處理出水可循環利用于沖廁的目的[1-2]。

通過對比分析,采用生物法處理的循環水沖環保衛生間適合在石油鉆井隊現場應用。

2 污水處理工藝的研究及分析

目前沒有專門針對沖廁污水進行處理的工藝,都是參考綜合生活污水處理工藝,通過試驗研究及應用實例驗證,對流程進行改進,從而進行沖廁污水的處理。生活污水處理工藝已很成熟,核心技術為活性污泥法和生物膜法,傳統的活性污泥法處理工藝在中小型生活污水處理中已應用較少,都采用改進的或聯合工藝進行處理,以減小占地面積,提高處理效率和處理效果。

生活污水處理的核心是生化部分,主要包括接觸氧化法、SBR法、A/O、A2/O、MBR法等,用生化法處理生活污水是目前最經濟、最適用的污水處理工藝[3-5]。

對比分析研究,采用A2/O法污水處理工藝為基礎,進行沖廁污水的處理,結構相對簡單,現場人員容易進行設備操作維護及管理,成本較低,適合應用在石油鉆井隊現場。

3 循環水環保衛生間設計

3.1 工藝流程設計 綜上所述,結合鉆井隊現場的實際現狀,選擇生物降解循環水沖環保衛生間進行研發,首次使用時注滿清水,添加生物菌劑,然后正常使用,沖廁后的水經過生物反應器進行處理,經殺菌、脫色后循環使用沖廁。該技術在A2/O污水處理工藝的基礎上,進行設計結構改進,采用好氧生物、厭氧生物處理法及生物膜法等,利用微生物的新陳代謝、分解、吸附等作用,最終將糞便降解為水和二氧化碳。處理系統主要由調節池、厭氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池和清水池組成。在厭氧池、缺氧池、好氧池中設計填料加增加生物填料,大大增加了微生物掛膜量,提高運行效率,縮短啟動時間[6-7]。

工藝流程如圖1所示。運行機理為沖廁污水首先進入調節池分離沉淀；厭氧微生物在厭氧池分解糞尿內大分子有機物,實現脫氮除磷；缺氧池中在兼氧微生物的作用下進行反硝化作用,繼續降解大分子有機物；在接觸好氧池內,載體上的好氧微生物分解污水中的可生物降解的有機物,并進行硝化反應；沉淀池的回流裝置將一部分消化液及污泥回流入缺氧池；最后混合液流入清水水池進行脫色和滅菌,系統最終出水可循環使用沖廁。

圖1 沖廁污水處理工藝流程圖

3.2 生物反應器設計[8-9]根據鉆井隊人數及每天使用環保衛生間的情況,設計沖廁污水處理量Q=1m3/d,進出水質標如表1所示,對各個反應池的容積進行設計。

表1 設計進出水指標 單位：mg/L

3.3 房體設計 循環水環保衛生間包括房體和生物反應器,總體效果及總圖結構如圖2所示。主要由男廁間、女廁間、設備間組成,廁間、設備間均配備了相應的保溫系統、加熱系統、通風系統、電控系統,廁間還配備了制冷設備,一年四季溫度適宜。廁間內的負壓通風系統始終保持內部空氣新鮮。為了適應鉆井隊井場搬遷的需求,在冬季搬遷不通電的情況下防止設備結冰,流程管線凍堵,達到就位后快速使用,還配備了斷電加熱系統,斷電期間靠燃燒油料釋放暖氣,保持室內溫度不低于零度。環保衛生間的總體設計強度滿足帶水運輸的要求,方便快速搬遷和投入使用。

圖2 循環水環保衛生間示意圖

3.4 高效生物菌劑開發

(1)菌劑篩選[10]。分別采集多處典型生活污水處理系統、垃圾滲濾液污水處理系統活性污泥用于高效有機物降解菌及硝化細菌的富集分離、保存。在錐形瓶中加入生活污水無機鹽培養基,分別再加入富集用活性污泥,在搖床中培養、富集馴化。在無菌條件下挑取斜面保存的菌種,接種到盛有已滅菌生活污水的錐形瓶中,置于搖床中恒溫振蕩培養,24h后取樣測定污水中COD與氨氮濃度,根據去除率挑選出高效有機物降解菌及硝化細菌。將菌株進行革蘭氏染色,油鏡觀察分菌體細胞形態和染色特征。提取DNA并對其進行16SrRNA基因擴增測序,用Blast軟件在GenBank數據庫中尋找同源序列,利用MEGA軟件建立種群系統發育樹,并最終確定其種屬關系。

(2)菌劑應用。篩選出的菌劑主要包括不動桿菌、假單胞菌、枯草芽孢桿菌等,用于環保衛生間生物反應器進行沖廁污水處理,可以有效去除COD、BOD、氨氮、濁度、色度及污水中的異味,處理后的水循環使用沖廁。

3.5 互聯網平臺設計應用 設計開發了智能控制系統,實現了智能化與信息化相結合。采用PLC智能控制,設備運行的無人值守,同時開發物聯網遠程監控軟件,建立遠程平臺,實現遠程設備運行監測及控制等功能。PLC依據處理工藝的要求控制各個設備,與物聯網相結合,在電腦PC端和手機APP均可顯示環保衛生間的實時運行狀況,包括地理位置、設備運行狀態、使用次數統計、報警或設備故障,還可對設備故障進行分類和統計,有助于設備故障的分析和判斷,為現場服務工程師提供有效的解決方案。同時建立了視頻和通話功能,對于簡單的設備故障處理和操作可通過視頻進行指導維護操作。

4 推廣應用

試驗成功后,該產品逐步在石油鉆井隊現場推廣使用,得到了員工的一致好評。同時適應了公司推進工程技術服務隊伍標準化、專業化、機械化和信息化建設,要求最大限度保護和愛護一線員工,降低一線員工的勞動強度,改善生產生活環境。使用區域遍及遼寧、內蒙古、甘肅、新疆、青海、四川、天津等地區作業現場。

除應用于野外作業、搬遷頻繁的隊伍外,還可廣泛應用于采油站等固定場所的作業隊,同時適用于旅游景區、市政等場所,特別是上水、下水不方便的場所。

5 結論

5.1 根據石油鉆井隊現場的實際工況,循環水環保衛生間適用于作業現場。

5.2 A2/O污水處理工藝經過改進,可以用于沖廁污水的處理,可以有效去除污水中有機物、色度、氣味,配合微生物菌劑的使用,可以增強處理效果。

5.3 節水節能,循環水環保衛生間的使用為井隊節約了大量水資源,按照50人的鉆井隊計算,每套設備每年可節水約500方,同時節省500方污水的運輸費用及污水處理費用。

5.4 解決了鉆井隊現場糞便排泄物無處排放,污染環境的問題。

5.5 解決了一線員工上廁所難、如廁環境惡劣的問題,提升了一線員工的生活水平和幸福指數。