钻井队生活污水处理设备研制

2014-05-05周以琦

油气田环境保护 2014年6期

关键词：钻井队氨氮填料

周以琦

（中国石化江苏油田技术监督处）

钻井队生活污水处理设备研制

周以琦

（中国石化江苏油田技术监督处）

文章论述了从微生物处理法中选择适合钻井队生活污水处理的工艺。合理选配相关配套装置，能较好地去除生活水中的COD、BOD5、SS、动植物油、氨氮、总磷等污染物，处理后水质达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》二级标准，且装置的处理效果稳定、可靠，运行节能，操作管理简单，设备体积小、便于搬运。

钻井生活污水；处理设备；研制

0 引言

生活污水中含有碳水化合物、动植物脂肪、蛋白质、含氮化合物、含磷化合物、洗涤剂和细菌等，未经处理直接排放将造成环境污染，破坏生态环境、引起水体的富营养化。对于处在水网密布，人口稠密，物产丰富，环境十分敏感地区的油田来说，钻井队生活污水处理问题十分重要。为此有必要研制一套满足钻井队生产及生活特点的污水处理设备［1-2］。

本研究通过从现有较为成熟的微生物处理法中，根据钻井队生活污水特点，选配相关配套工艺，形成一套移动式生活污水处理装置。本研究的关键点是要求所选的微生物处理法能适应钻井队频繁搬迁，即钻井队搬迁过程中，保证一部分微生物能够存活，待搬迁到位后能立即启动处理装置，确保装置正常运行，以满足处理要求［3-4］。

1 钻井生活污水特点分析

1.1 生活污水水质分析

微生物处理工艺用于固定场所处理生活污水已非常成熟，且被广泛采用，但用该工艺处理的重要前提是被处理的污水中，必须有必要的碳源和其他无机元素（如氮、磷等），以满足微生物不断进行繁殖和正常活动所需的营养。为此对钻井队生活污水水质进行监测分析，了解水体中是否具有满足微生物生长所需的营养。选取3个具有代表性井队的6个样本的生活污水进行监测分析，监测分析结果见表1。

由表1可知，除氨氮、p H以外其他指标均超过了GB 8978—1996《污水综合排放标准》二级标准限值，各种污染物浓度区间范围和均值显示，钻井生活污水属于低浓度污水。从BOD5和COD两指标中可以看出污水中含有满足微生物所需的营养，且污水中B／C都大于0.3，说明钻井队生活污水的可生化性好，适合采用微生物处理法。

表1 钻井队生活污水监测结果 mg／L

对钻井队生活污水产生量调查结果可知，每个队平时约有30人正常生活，污水产生量约15～25 m3／d。

1.2 钻井生产特点对污水处理的影响分析

钻井生产特点是流动性强，钻井队在一处钻井短则半个月左右，长则一年左右，江苏油田钻井队平均40天左右搬迁一次，有的搬迁更频繁。在搬迁过程中井队所有设备都断电，断电时间平均在8～10 h。断电对微生物处理法的影响非常大，利用微生物处理法进行污水处理，离不开好氧处理方法，而好氧处理中必须不断充氧才能使好氧微生物生存，满足搬迁后能立即启动处理装置，从而达到处理效果。其次，受到搬迁运输车辆的限制，处理装置应小型化，所有工艺集中于一体，便于搬迁和装拆，处理装置外体应有足够强度。

1.3 外环境对污水处理的影响分析

微生物处理法中影响微生物降解转化作用的因素较多，但主要因素有微生物活性、化合物结构、温度、酸碱度、营养、氧、有机底物的浓度、适应—驯化等，以上影响因素大多数在1.1和1.2中已进行分析。关于对微生物的活性和适应影响，由于污水不含有抑制微生物降解转化的物质，影响微生物降解转化作用的就是温度。由于钻井施工在野外，环境情况较为恶劣，特别是夏季温度太高及冬季温度太低。

2 工艺选择

废水微生物处理的方法很多，根据不同的性质和用途，可作不同的划分。若根据起主要作用的微生物的呼吸类型，分为好氧处理、厌氧处理和兼氧处理。如果根据微生物存在的状态，可分为悬浮生长系统和固定膜系统。近年来，用于生活污水处理的生物处理的方法，主要有活性污泥法、生物转盘法、生物接触氧化法三种处理技术，或在这三种方法前段加一段厌氧处理［5-6］。为此，对这三种方法进行了重点分析，从中选用能满足在中断曝气后恢复处理能力较快、小型化、操作简单的工艺，对这三种微生物处理方法优缺点进行分析比较，见表2。

表2 三种处理方法优缺点比较

从表2可知，活性污泥法处理污水效果优于其它方法，且被广泛用于城市生活污水处理；但由于设施庞大、不易小型化、需要专业人员管理，因而不适合本研究工艺的要求。生物转盘法对水质、水量的变化适应性强，停止运行一段时间，可快速恢复正常工作，由于要求生物膜比表面积要大，生物转盘不易小型化，也不能作为本研究工艺技术。接触氧化法一般用于水量较小，水质较为稳定，浓度不是很高的低浓度污水，同时由于生物膜培养较快（一般夏天为3～7 d，冬天为10～15 d），系统调试好后运行稳定，中断工作后恢复处理能力较快，可操作性较强，对操作人员的要求较低。

综合比较，本工艺选用生物接触氧化法工艺。

3 设备构造

3.1 处理工艺流程的确定

由于钻井队的生活污水水质组成较为单一，各污染物浓度相对较低，被称为低浓度有机污水；污水每天产生的量约15～25 m3。根据水质和水量特点，采用污水处理工艺流程，见图1。

工艺流程为：集水池出水经过污水泵进入生物接触氧化池进行生化处理，该工艺属于生物膜法工艺，抗水质、水量冲击负荷能力高；经生化处理后的水质基本达到要求，但含有脱落的生物膜，需通过二沉池进行泥水分离，为了确保污水的达标，二沉池中斜板采用蜂窝形填料，使斜板上也挂生物膜，即可进行泥水分离又对污水再一次进行生化处理，经沉砂池沉淀后再经过滤池过滤，沉淀下来的污泥，定期外排至污泥贮存池中贮存。

图1 污水处理工艺流程

由于本装置主体采用生物接触氧化工艺，污泥产生量相对较少，结合需要处理的水量较小，考虑到井队经常搬迁等方面因素，不单独设置污泥处理装置，污泥定期外排至污泥贮存池中贮存。

3.2 接触氧化池填料的选择

生物接触氧化法（固定床）工艺较成熟，在生活污水处理中应用较多。生物接触氧化法选用的填料主要为弹性填料、蜂窝填料。弹性填料是90年代初我国自行开发的填料，它具有挂膜快、脱膜容易、重量轻、运输方便等优点。蜂窝形填料材质为塑料，它具有比表面积大、空隙率高达97%～98%、质轻强度高，堆积高度可达4～5 m、管壁光滑无死角，衰老生物膜容易脱落等优点，PVC双通孔填料由优质聚氯乙烯片材粘接而成。径向和横向都有通孔，孔径大于50 mm，表面有波纹，孔径大，不堵塞，挂膜快，对生物膜的生长和脱落效果好。

综合比较，生物接触氧化池填料选用软性纤维材料；沉淀池填料（斜板）采用PVC双通孔填料。

3.3 设备结构的确定

根据污水处理工艺流程，污水处理装置设计了接触池、沉淀池（及二次接触）、过滤池、消毒池（备用）和风机房，考虑处理装置要小型化，没有设计污水集水调节池，污水集水调节池则就地开挖。由于钻井队污水量较小，处理装置的处理水量设计为1 m3／h。处理装置结构及形状见图2。

图2 污水处理设备俯视图

处理装置为一长方体，宽2 m、长8.5 m、高2.2 m，除设计了几个功能池外，还配套了两台风机、控制柜、水位控制提升泵、布气管等。管道联结和电源接头都采用快速接头，便于安装和拆卸。

3.4 保温和降噪的处理

由于钻井施工在野外，为了消除夏季温度高和冬季温度太低对微生物的影响，对处理装置整体加装保温层，并在保温层外加了防护层。

为防止风机噪声产生二次污染，选配了低噪声风机，从源头对噪声进行控制，并设置了专门的风机房，进行隔声处理。

4 结果与讨论

4.1 水质分析

经过设备的研制、生产制造、现场试验改进，钻井队生活污水处理项目已全部实施。为考察其处理效果，分别选择了刚安装调试完10 d左右和使用搬迁后刚启动运行不久的两套处理装置，选取4个样本监测分析，其处理结果见表3。

表3 处理装置处理效果监测统计 mg／L

表3统计结果表明：经该装置理后的水质，各项指标均达到了GB 8978—1996《污水综合排放标准》中二级排放标准，尤其是BOD5、COD、动植物油、悬浮物等污染物去除率也都比较高。

4.2 去除效率分析

4.2.1 BOD5、COD、动植物油、悬浮物去除效率

处理装置对BOD5、COD、动植物油、悬浮物等4种污染物有较好的去除效率，去除率分达到了74.9%，80.6%，97.4%，94.0%，效果明显，说明该处理装置能确保有效对这4种污染物进行处理。

4.2.2 氨氮、总磷去除效率

处理装置对氨氮的处理效果不理想，去除率只有32.8%，这与钻井队生活污水中本身的氨氮浓度较低有关。

处理装置对总磷有较好地处理效果，去除率达到66.1%，说明该处理装置能对总磷具有一定的处理效果。

4.3 中断工作后处理能力的恢复

从两套污水处理装置处理后外排水的监测数据来看，该装置能在搬迁后较快地恢复处理能力，对污染物进行有效处理，确保污水处理达标，装置能满足钻井队生活污水处理要求。但还应在今后操作管理中认真执行好如下规定：一是搬迁时接触池和沉淀池中留有约三分之一的水，供微生物的生存；二是搬迁时污水处理装置应是最后一个停电，到新地方最早供电，进行曝气。