平板膜式生物反应器用于钻井队生活污水处理

2015-01-12中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司

油气田地面工程 2015年8期

中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司

郑秋生中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司

钻井队存在搬迁频繁、人员定点集中倒班、距离城市较远的特点，需要配备的生活污水处理设备应当具备处理效果稳定、布局合理、易搬迁的特点。通过集成现有各类生活污水处理技术的优点，确定采用平板膜式生物反应器处理钻井队生活污水。通过合理布局将所有设备集成为2个模块。经过现场应用，设备处理效果满足The National Environment Regulations（S.I.No 5/1999）标准，并具备搬迁后快速恢复使用的特点。

平板膜式生物反应器；钻井队；生活污水；工艺流程

由于钻井队搬迁频繁，使用的生活污水处理设备应当具备处理效果稳定、布局合理、易搬迁移动的特点，满足污水处理和达标排放的要求。

1生活污水特点

由于钻井队存在搬迁频繁、人员定点集中倒班的特点，因此钻井队生活污水具有如下特点：

（1）在钻井队搬迁时会出现阶段性断电、断水现象。

（2）每天的倒班时点污水产生量大，占到平均每天污水总量的60%～70%，其他时段水量较小，水质、水量波动较大，存在较大的水力冲击负荷。

（3）钻井队的主要任务是生产，生活污水处理基本处于无人管理状态。

（4）钻井队基本处于野外露天状态，处理流程会受到外界环境，特别是温度等条件的影响。

以在非洲作业某钻井队需要处理生活污水为例，钻井队营房常驻人口规模为25人，每天产生生活污水7～8 m3，主要由卫生间产生的黑水和厨房、浴室产生的灰水组成。该生活污水具备前述钻井队生活污水特点的前三项，由于该地地处赤道附近，所以常年气温较高，受温度影响变化不大。原污水水质指标：pH值7.5～8.22；电导率为1 800～2 100 μS/cm；浊度为500～600 NTU；色度为180～320 TCU；TDS为1 000～2 000 mg/L；氨氮含量为40～75 mg/L；总磷含量为63～95 mg/L；正磷酸盐含量为39～56 mg/L；COD为290～520 mg/L；BOD为58～120 mg/L；总氮含量为45～80 mg/L；TSS为135～260 mg/L。

BOD/COD大于0.3，说明生活污水的可生化性较好，可采用生化处理工艺。同国内生活污水原水相比，明显的差别是污水中总磷含量高，这是由于当地使用的洗衣粉、洗涤剂等均为含磷产品。

2生活污水处理方案设计

2.1 处理工艺方案

针对钻井队作业的特殊性及钻井队生活污水的特殊性需要研发一种高效、稳定、易搬迁的生活污水处理工艺装置。

MBR工艺是一种将高效膜分离技术与传统活性污泥法相结合的高效污水处理工艺，它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留，省掉二沉池。平板膜式生物反应器工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能，使活性污泥（MLSS）浓度达到10 000～15 000 mg/L，水力停留时间和污泥停留时间可以分别控制，因此采用该工艺进行钻井队生活污水处理。同时平板膜式生物反应器同中空纤维式生物反应器相比具有抗污染性能好、机械性能稳定、清洗便捷、膜寿命长、占地面积更小等优点，因此确定采用平板膜式生物反应器工艺[1]。

2.2 工艺流程

平板膜式反应器生活污水处理工艺流程见图1。

（1）通过下水管道将全队所有营房污水收集至回转式格栅除污机，将较大颗粒进行截留收集，格栅除污机配置在一个5 m3体积的箱体上，该箱体可以起到水量缓冲调节的作用，同时箱体内没有过多的空气，也可以起到厌氧池的功能。

（2）缓冲调节池污水经过提升泵提升至厌氧池进行厌氧处理。

图1 MBR生活污水处理工艺流程

（3）由厌氧池自流进入MBR生化处理系统，污水在MBR池中进行生化处理和过滤净化，由自吸泵吸出。

（4）经过净化处理的污水通过紫外线杀菌装置进行消毒后进入清水池，最后排放[2-3]。

2.3 污水处理设备选定

考虑到该设备适用范围的广泛性，依据2 m3/h的处理量进行相关设备的配置。

（1）回转式格栅除污机及缓冲调节池。选用型号为ZQ-300型回转式格栅除污机与体积5 m3的缓冲调节池一体安装，以便于装置的现场整体吊装。收集污水通过格栅除污机过滤进入到缓冲调节池的过程中，大颗粒固体物质被过滤出来，并通过格栅机的回转将固废打捞出来。选用的格栅除污机具有自动化程度高、分离效率高、动力消耗小、无噪音、耐腐蚀性能好的特点。考虑到生活污水的高峰用水量将缓冲调节池体积确定为5 m3。池内安装污水提升泵用于将污水提升至厌氧池，泵流量3 m3/h，扬程12 m，为防止大量固体沉积物进入泵内造成堵塞，进水口离池底距离300 mm左右。

（2）厌氧池。厌氧池与MBR池共同集成在一个集装箱中，隔出一个相对独立空间作为厌氧池，厌氧池的作用是将大分子有机物降解为易生化处理的小分子有机物。

（3）MBR池。MBR池内置曝气装置持续不断地对池中活性污泥进行供氧，同时将膜表面黏附的物质去除，池中活性污泥通过与厌氧池中厌氧菌的联合作用将COD、BOD、氨氮、磷等污染物进行分解、吸收、沉降去除，通过自吸泵对池中污水进行抽吸过滤，使水质得到净化。由于污泥不能通过膜，因此污泥停留时间可以不依赖于水力停留时间而单独加以控制，在不增加池容的前提下延长污泥停留时间，满足微生物生长速度缓慢的生长周期要求，使水质处理效果好于传统活性污泥法[4]。所选用板式膜的参数见表1。选用2台流量为3.2 m3/h、扬程为20 m的自吸泵进行净水抽吸，1用1备；选用2台排量为1.44 m3/min的三叶罗茨鼓风机进行曝气供气，1用1备；选用1台流量3 m3/h、扬程12 m的潜水排污泵作为混合液回流泵，加强污染物的分解去除。

（4）紫外线杀菌消毒。利用253.7 nm波长紫外线的紫外灯对微生物的杀灭作用使污水净化。

表1 MBR板式膜参数

（5）加药装置。通过隔膜计量泵加入次氯酸钠药剂对膜进行药洗，从而保证膜的正常运行。选用泵1台，最大流量500 L/h。

（6）控制系统。控制系统由本地手动控制/远程自动控制两部分组成。本地控制面板设置每台泵启动/停止按钮、总电源开关、电源指示灯、泵运行状态指示灯、风机运行状态指示灯等。泵及风机的停止受远程自动控制，同时泵及风机相应工作状态反馈至上位机。控制柜为防爆控制柜，防爆等级为EEXdIIBT4，防护等级IP54。

厌氧池、MBR系统、紫外杀菌系统、加药系统、控制系统集成在1个集装箱橇座平台上；回转式格栅除污机及缓冲调节池构成另1橇块。因此整套污水处理系统共有2个橇块组成，便于吊装及运输。MBR生活污水处理装置模块示意图见图2。

图2 MBR生活污水处理装置模块示意图

3设备调试

3.1 现场安装

（1）设备全部为模块化设计，运输至现场在地面铺撒一层石子后将模块2吊装放置；挖掘一个深度略大于模块1污水入口高度的坑，铺撒石子后将模块1吊装入坑中就位回填；营房污水集水管道与模块1、模块1与模块2之间及模块2的排放管线均采用软管连接。

（2）将动力线接至污水处理设备总配电柜，完成电力供应。

（3）完成设备的安装检查及单机调试后开始进行清水试车，经测试设备整体状态正常。

3.2 活性污泥的培养

由于设备地处非洲大陆远郊营地，且是新设备的首次应用，无法获得活性污泥进行接种，只能采用自行培养方式。

活性污泥的培养初期采用间歇培养法，由于项目现场属于牧区，收集新鲜牛粪投加到曝气池中进行满水闷曝、排放，利用MBR的分离作用截留住微生物，再进水闷曝、排放。循环3～5个周期就会有一定量的活性污泥产生，开始用连续培养的方法，经过约20天的培养MBR池的SV30值约为15%～20%，溶解氧浓度2～4 mg/L，污泥回流比100%～500%；MBR采用间歇过滤（运转9 min，停止1 min）的方式。此时经测量除磷外的其他指标均合格。

3.3 除磷工艺改造

由于磷含量达到63～95 mg/L，依靠MBR生化工艺很难将总磷含量降至标准以下，所以采用添加PAC（聚合氯化铝）混凝沉降的方法将污水中磷去除。为避免在MBR池中直接投加药剂造成膜堵塞，采用在消毒间至清水池1的管线上加注药剂，同时将清水池1改造为沉淀池，经沉淀后水进入清水池2外排，总磷指标合格。

4测试结果

经过方案工艺设计、设备选型、生产制造、现场安装调试和相应的改造，海外钻井队生活污水处理项目全部实施，通过污泥培养合格后10天的跟踪测试，处理效果符合The National Environment (Standards for Discharge of Effluent into Water or on Land)Regulations（S.I.No 5/1999）标准。生活污水处理前后水质指标见表2。

当设备需要搬迁，如果断水时间为1天则可仅在MBR池中留存部分活性污泥，其他部分水可全部放空；如果断水时间较长，MBR池中水面高于MBR膜组即可，其他部分水可全部放空，到达新场地通水通电后即可开始进行生活污水的处理。