电解法生活污水处理装置的优化改造与MBR 工艺

赵效赔，张武超，帅剑锋，朱小津

(中海石油(中国)有限公司天津分公司辽东作业公司 天津300457)

1 电解法生活污水处理装置改造背景

1.1 某平台电解法生活污水处理装置现状

某海上平台所使用的电解法生活污水处理装置现存在调节柜液位高、膜化学需氧量(COD)值不理想、每日排放量大等一系列问题。该平台的电解法生活污水装置投用于2016 年，设备投运初期，化验的COD 数据稳定在240～290 mg/L，数据较高，效果不佳。随着时间的推移，电解法生活污水处理装置问题尽出。同时应用生物膜技术的生活污水装置投用时间相比电解法生活污水装置投用时间晚，生物膜技术处理工艺更符合时代发展、技术革新趋势，因此电解法生活污水装置有着迫切的升级改造需要。

1.2 电解法生活污水处理装置优化改造方向

现如今生活污水处理的主要工艺有：生化处理工艺、A/O 工艺(厌氧，好氧工艺)、SBR 工艺(序批式活性污泥法)、曝气生物滤池工艺、MBR 工艺(膜分离技术与活性污泥法结合)[1]。其工艺对比见表1。

虽然MBR 工艺膜造价较高，但考虑到MBR 工艺对比其他工艺出水水质稳定、占地面积极小、运行成本低、可除去氨氮难降解有机物、易于改造，故结合平台现场实际情况，建议为平台现有的生活污水处理装置加装MBR 膜组，将电解法处理生活污水装置优化升级为MBR 工艺与电解工艺相结合的生活污水处理装置。

表1 生活污水工艺对比Tab.1 Comparison of domestic sewage treatment processes

1.3 MBR工艺简介

MBR 污水处理、水资源再利用领域又称膜生物反应器，是一种由活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术[2]。该工艺所用膜的种类繁多，按分离机理有反应膜、离子交换膜、渗透膜等；按膜的性质有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜)；按膜的结构形式有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型[3]。

膜-生物反应器主要由膜分离组件及生物反应器两部分组成[3]。通常提到的膜-生物反应器实际上是3 类反应器的总称：

①曝气膜-生物反应器AMBR(Aeration Mem brane Bioreactor)；②萃取膜-生物反应器 EMBR(Extractive Membrane Bioreactor)；③固液分离型膜-生物反应器 SLSMBR，简称 MBR (Solid/Liquid Separation Membrane Bioreactor)。

考虑到固液分离型膜-生物反应器在生活污水处理系统中的膜-生物反应器研究最深入、应用最广泛，平台生活污水处理装置改造优化采用此类型膜-生物反应器。根据膜组件和生物反应器的组合方式，可将膜-生物反应器分为分置式、一体式以及复合式3 种基本类型[4]。参见表2。结合平台现场实际条件，宜选择分置式固液分离膜-生物反应器。

表2 膜-生物反应器类型对比Tab.2 Comparison of membrane bioreactor types

1.4 优化改造后与此前淘汰的船用膜法生活污水处理装置区别

平台2016 年所淘汰的某厂生产的(WCMBR)生活污水处理装置虽然型号中带有MBR，且也都是采用生物膜技术，但实质上与此次优化改造的MBR 工艺有所不同。

WCMBR 生活污水处理装置应用生物接触氧化法和MBR 法，并通过紫外线进行消毒处理。其中生物接触氧化法是以附着在载体(俗称填料)上的生物膜为主，净化有机废水的一种处理工艺，是从接触曝气法改良演化而来的[5]。填料作为微生物的载体，为微生物生长提供场所，且生物量与生化需氧量(BOD)负荷成正比变化。当BOD 负荷过高时，填料容易堵塞。并且平台若无自动隔油器，填料易被油污染，同时生物膜也存在脱落的可能。

鉴于此前投用的WCMBR 装置在运行中存在诸多问题，本次改造方向会吸取WCMBR 生活污水处理装置以及电解法生活污水处理装置运行过程中的教训与经验，做好新增设备的预防性隐患管理。

2 电解法生活污水处理装置优化改造方案

2.1 优化改造前后生活污水流程

优化改造前，某平台现有电解法生活污水处理装置由调节柜、预处理柜、分离柜、电解柜、电解池、风机、循环泵(粉碎泵)、联控盘、电源箱等组成。

卫生间黑水、洗浴和厨房灰水从调节柜进入装置。调节柜将污水气提至预处理柜，在预处理柜进行初步固液分离。循环泵定时运转，将调节柜底部沉渣击碎，使其在调节柜中进一步沉淀分离。在分离柜中，通过沉淀进行进一步固液分离，污水高位溢流至电解柜，随后在电解柜中与电解的海水进行氧化消毒，经电解柜处理后的清水排放至舷外。流程示意图如图1。

优化改造后，生活污水装置由生物反应器(调节柜可改造)、预处理柜、MBR 池(分离柜可改造)、电解柜、电解槽、风机、循环泵(粉碎泵)、给水泵、排水泵、联控盘、电源箱组成。

卫生间黑水直接进入生物反应器(调节柜)，厨房灰水经过自动隔油器后进入生物反应器(现假定隔油器已安装投用、洗浴灰水进开排改造已落实的最理想情况下)，生物反应器设有改造后的气提管线，生物反应器沉渣沉降于池底通过循环泵定期粉碎、循环后分解，污水气提至预处理柜。预处理柜保持原结构、流程进行固液分离。在预处理柜与MBR 池之间设有给水泵(增加流速，同时与MBR 池底部改造后的曝气管线配合使用增加膜通量，减轻膜污染)，预处理柜中的污水进入MBR 池，得到净化的污水从MBR膜组件集水管线经由排水泵进入电解柜与海水进行反应，最后电解柜处理的污水排放至舷外。改造优化后示意图见图2，改造优化后流程见图3。

图1 现有生活污水装置流程Fig.1 Flow chart of existing domestic sewage treatment device

图2 改造优化后示意简图Fig.2 Schematic diagram after transformation and optimization

图3 优化改造后生活污水处理装置Fig.3 Domestic sewage treatment device after optimization and transformation

2.2 旧设备改造

由改造优化后的设备流程可知，MBR 工艺在原有的污水处理装置上改造方便，现结合平台以往的经验教训对旧设备的改造以及新增设备的安装进行如下说明。

2.2.1 生物反应器

提供生物活性环境制造的场所，例如化粪池。根据现有条件可将调节柜进行改造优化，改造示意图见图4。

图4 优化改造生物反应器Fig.4 Optimization and transformation of bioreactor

将曝气盘与气提管线相连，利用气泡向上带动水流动的原理将顶部浮渣与底部固体之间的粪水气提至预调节柜。现场需要改动的地方有：①加粗气提管线3，同时加大风机的流量，最大程度保证气体流量(在以往设备运行中，气体管线3 总是堵塞，污水从溢流口流入预处理柜，从而导致粪便浮渣等固体从溢流口流入预处理柜，进而影响生活污水处理能力)；②调整气体管线竖管底部位于粪便浮渣层和粪便沉积消解层之间的粪水层。

2.2.2 MBR 池

膜池，放置MBR 膜组件的场所。根据现场实际情况可以将分离柜改造为MBR 池。现场需要改动的地方有：①根据所选MBR 膜组件尺寸型号在分离柜底部加装地脚螺栓，以固定MBR 膜组件；②根据所选MBR 膜组件尺寸型号增加曝气管线数量与尺寸。

2.2.3 风机

保证生活污水处理装置中的气体流量以及MBR池中的传氧效率，需使曝气强度加大[6]。因此更换流量更大的风机(风机具体型号由MBR 膜组件以及系统中的气体流量决定)。

2.3 新增设备的安装

2.3.1 给水泵、排水泵

在预调节柜(预调节柜3B)与MBR 池(分离柜)之间新增2 个给水泵，在MBR 池与电解柜之间加装2 个排水泵，保证污水通过膜池的流速。水泵可设计成手动、由液位传感器控制的自动模式(选用型号以所选MBR 膜组件生产厂家、型号类型而定)。

2.3.2 排水真空压力表

可设置在MBR 池至电解柜出水管线上，用于判断MBR 膜是否堵塞。

2.3.3 MBR 膜组件

MBR 工艺中常用的膜组件形式有板框式、圆管式、中空纤维式[7]。对于MBR 膜组件设计的一般要求：为膜组提供有效机械支撑，流动畅通无死角；能耗低、效率高、污染小；装填密度高，安装、清洗、更换方便；机械强度、化学和热稳定性可靠[8]。现对3 种膜组件进行对比，如表3 所示。

考虑平台此前选用MBR 膜组件的经验与教训(2016 年平台淘汰设备曾选用圆管式膜组件，见图5)，并结合现场实际，本次改造优化拟选定中空纤维MBR 膜组件。

表3 膜组件类型对比Tab.3 Comparison of membrane module types

由图6 可知，风机提供大量的空气，空气经曝气主管进入曝气支管后排出，由此带动污水向上流动，污水与MBR 膜充分接触，污水由膜孔进入MBR 膜内部，其中大分子成分则被截留。排水泵启动后，经膜过滤的污水在压力的作用下从MBR 膜内部进入所连的集水管、集水总管，最后由排水管线进入电解柜进行下一步处理[7]。

图5 此前膜组件Fig.5 Previous membrane module

图6 膜架结构及MBR膜内部Fig.6 Membrane frame structure and MBR membrane interior

2.3.4 清洗加药箱

可设置在柜体上方，所接管线与MBR 膜组件出口集水管相连，其主要作用是药洗MBR 膜。MBR 膜清洗用药一般为次氯酸钠或者次氯酸钠与氢氧化钠的混合液(表4)。此外还有调试用药，如石灰粉、浓硫酸、凝聚剂、助凝剂等[8]。

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

3 生活污水处理装置优化改造后运行维保

3.1 MBR膜组件保养注意事项

根据厂家给的膜清洗参数——真空压力表报警值，进行相应的MBR 膜组件清洗。并在运行一定时间后(或按平台生活污水装置季度维保时间)将膜组件中的膜进行细致查看，必要时进行拆卸、清洗甚至更换。

清洗方式为药洗。膜清洗流程阀门动作流程可参考图3，①关闭风机、给水泵、排水泵、循环泵；②关闭阀1～3、5～7、8、10、12，打开阀4、9、11、13 药剂通过加药管线流入MBR 集水管线；③打开风机，让MBR 膜在曝气的冲刷下得到有效恢复；④关闭加药阀门13，启动排水泵，将清洗残液排放至生物反应器(调节池)中；⑤恢复正常流程。

3.2 其他问题

①由WCMBR 装置以及电解生活污水处理装置的日常运行可知，排水泵、给水泵、曝气风机都应设置两台，采用“一备一用”制。同时在泵的入口加装滤网，以往由于污水内的杂质颗粒较多，导致粉碎泵的机械密封面破坏，造成粉碎泵机封泄漏的情况。

②在以往WCMBR 装置的运行中，存在膜处理装置不易拆检更换的问题。本次生活污水处理装置进行的优化升级中，将MBR 膜组件放置于分离柜中，可根据排水真空压力表示数确定是否需要进行清洗，一般清洗时进行简单的启泵、停泵操作即可(操作可参考3.1 项)，并且在生活污水处理装置季度维保时，可将MBR 膜组件拆卸清洗甚至更换。

4 结 论

优化改造后，首先解决了COD 值高的问题。调节柜升级改造为生物反应器、气提管线以及曝气压力进行相应优化，保证了生物反应器(调节柜)至预处理柜的分离效果，同时保留原设备预处理柜1、预处理柜2A、预处理柜2B、预处理柜2C、预处理柜3A、预处理柜3B 的设计，使污水进一步固液分离，且MBR池(分离柜)底部的沉渣定量气提至预处理柜1，在此柜储存消化。预处理柜3B 与MBR 池(分离柜)设有的给水泵保证水流速，确保了MBR 膜的净化功效，净化后的污水在排水泵的作用下由MBR 膜组件出口集水管进入电解柜与电解的海水进行氧化反应，随后被处理过的污水排放，COD 值高的问题得以解决。其次生活污水每日排量大的问题是由于电解的海水量过大，优化改造后，污水已经过MBR 膜处理，水质得到一定保证，因而可以降低参与电解海水的比例，进而降低生活污水每日排量。

最终改造优化方案应以现场实践与厂家实地考察结果为准，上述优化改造方案仅提供一种海上平台电解法生活污水处理装置的改造方向。由于改造方案中没有具体、明确地讲述电解法与MBR 工艺相结合改造优化后的设备图纸以及PLC 逻辑控制的相关试验技术，待改造优化方案确定后，可与相关厂家沟通，进行相关文件的补充完善。