海上平台生活污水处理装置的 膜池液位计及控制系统改造

郭纪强，王宝森，余合林

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452)

1 研究背景介绍

生活污水主要来源于生活区，包括灰水及黑水 2路污水。灰水主要包括食堂生活废水、生活洗浴水、生活洗衣水(以上都是使用的生活淡水)，黑水为冲厕的污水。生活污水循环利用装置是小型高效节能减排生活污水处理及循环利用装置，其自动化程度高，处理效率高，净化程度好，污泥产生量少，能耗及管理费低，操作维护方便。

海上石油平台定员数量和生活习性具有固定性，其生活用水特征类似于居民区；流动人员大于固定人员，其生活用水具有公共设施的特征，污水量波动较大，早中晚排量较大；而且会出现某段时间(如夜间)无污水排放的情况。

2 设备功能及故障原因分析

生活区来的黑水流入初沉池，截留部分杂质后，流入调节池与灰水混合，通过曝气均质衡量，由提升泵提升进入水解酸化池(缺氧区)间歇曝气，然后进入生物接触氧化池(好氧区)连续曝气。好氧区末端为膜分离区(简称膜区)，间歇式的曝气装置定时吹扫抖动膜片，缓解膜丝周边的污泥累积；污水由自吸泵经膜分离组件的高效截留分离后，进入产水池备用[1]，流程如图1所示。

图1 污水处理流程示意图 Fig.1 Schematic diagram of sewage treatment process

膜生物反应器是膜分离技术与生物技术相结合的一种新型高效的污水生化处理系统，其工作原理如图2所示。首先通过活性污泥去除水中可生物降解的有机污染物，然后利用膜分离组件的高效截留性能，在紧凑的空间内同时实现微生物对污染物质的降解和超滤膜对污染物质的分离，把大分子颗粒和活性污泥截留在生物处理池中，延长一时难于降解的大分子有机物在反应器中的停留时间，使之得到最大限度的分解。膜丝的孔径在0.1μm左右，产水悬浮物和浊度近于0，几乎不含悬浮物和细菌。

图2 生物膜示意图 Fig.2 Schematic diagram of biofilm

生活污水装置膜池原设计配备磁浮子液位开关，磁浮子浸入到膜池液中，当液位高时，磁浮子向上移动，到达位置后，液位开关输出闭点，用来控制产水泵运行将膜池液通过MBR膜输送到产水池。液位开关原理如图3所示。

图3 液位开关原理示意图 Fig.3 Schematic diagram of level switch principle

生活污水装置自投入使用以来，多次发生膜池冒灌及产生池供冲厕水不足等现象，经过对故障现象仔细排查，最终判定为膜池磁浮子液位开关卡滞造成，无法指示膜池液位，没有得到膜池高液位信号输出造成产水泵无法正常启动；如果膜池得不到好氧池来液的循环供应，造成膜池菌种浓度升高，产生高强度液泡(污泥膨胀)，随着液泡的增压就会溢出膜池，造成污水沿膜池顶部观察孔处外溢流到工作甲板；此时由于得不到膜池的来液供应就会造成冲厕水不足，冲厕泵低频率运转无法满足使用要求。

改造后的膜池磁浮子液位开关是由同一根不锈钢管内的磁吸开关和中心带孔的磁力浮球套在不锈钢管上组成，如图4～6所示。

图4 浮子示意图 Fig.4 Schematic diagram of float

图5 液位计 Fig.5 Level gauge

依靠液位的高低输出信号启停产水泵。由于膜池在生化处理过程中会产生黏稠的糊状物质，严重时会附着在磁浮子液位开关的不锈钢管和不锈钢磁力浮球中心孔内，导致浮球上下受阻无法正常工作，高液位时产水泵得不到高液位信号不能启泵向产水池供液，导致生活污水装置自动循环系统故障。

图6 产水泵控制图 Fig.6 Control chart of production water pump

3 解决方案

维修人员本着因地制宜、自主解决、修旧利废、降本增效的原则，决定对下沉式液位开关进行改造。将下沉式液位开关改造成上浮式液位开关，将液位开关整体移至膜池顶部，安装支架固定，将磁力浮球打孔用仪表管按照原有尺寸固定，仪表管下端焊接具有一定重量的短管，改造后自制浮球通过连杆控制磁力浮子上下移动来指示液位高低，从而通过控制启停产水泵来控制膜池液位[2]。在实际使用时，一旦膜池液位波动较大或者膜池活性污泥膨胀时膜池液位频繁变化，会造成产水泵频繁启动[3]，为避免电机频繁启动，增加一延时继电器，当磁浮子液位开关显示低液位时，延时继电器动作，延时1min后，控制产水泵 停泵。

由于该项改造结构简单，使用方便，改造材料现场即可提供，无需另行采办，成本低、安全性高，在海上生活污水装置中具有很高的推广价值。因改造后加入延时继电器，解决了进水高峰时及膜池菌群异常情况下造成产水泵频繁启停的问题，延长了产水泵电机使用寿命；磁浮子液位开关改为上提式后，也方便后期维护检修，从而降低了检修强度，提高了工作效率。

自2018年改造完毕后，至今已使用2年多，液位开关未发生过卡涩，未因膜池高液位发生冒灌造成污水污染环境，产水泵电机使用良好，未更换过。

材料：0.25in(6.35mm)仪表管一根(2m)、延 时继电器一个，共计200元。工时：5人×2h，共计75元。合计费用275元。

效果：

①减少坏境污染风险；

②减少产水泵故障维修频次(6000元/年)；

③减少浮子故障维修频次(3000元/年)。

该项目共计节约9000元/年，具有可观的经济价值，值得推广应用。

4 生活污水装置的维保及使用要求

4.1 日常巡检要求

①检查控制屏有无报警，检查各池体液位、温度、压力、流量等参数，每天2次。

②检查机械设备、阀门运行情况，有无异常声音，每天2次。

③检查隔油池浮油情况，每天1次。

④检查好氧池及膜池污泥情况，测定30min沉降比(15%～30%为正常)，1次/2～3d。

⑤检查加药箱液位情况，每周1次，药液一般1～2月补充1次。

⑥检查更换袋式过滤器滤袋，1～1.5月更换 1次。

⑦检查清理潜水泵，每月1次，清理更换鼓风机滤清器，每季1次。

4.2 对菌种产生影响的外界环境因素

4.2.1 水温

菌种的生理活动与其周围的温度密切相关，其最适宜、生命力最旺盛的温度是20～30℃。如水温高于35℃或低于1℃就会对菌种产生很大的影响，而高于45℃或低于5℃时氧化速率可能会降到最低限度甚至停止。

4.2.2 pH

菌种最适宜的pH范围是6.5～8.5。pH低于6.5时，有利于真菌的生长繁殖，开始与细菌竞争；降低到4.5时，真菌将完全占优势，严重影响沉淀分离；pH超过8.5时，代谢速度将受到阻碍。

4.2.3 营养物质

为活性污泥的培养创造良好的营养条件，必须使废水中菌种的基本元素C、N、P达到相应的浓度值，并保持一定的平衡关系，按BOD5∶N∶P＝100∶5∶1的比例补充氮源、含磷无机盐。水、碳源、氮源、无机盐及生长因素为微生物生长的条件。

4.2.4 溶解氧

溶解于水中的氧通称为溶解氧。菌种在接触氧化池内吸收溶解氧，使废水中的有机污染物得以分解和氧化。废水中的溶解氧不足时，新陈代谢能力降低，生化效果会显著下降，甚至会发生腐化厌气现象。但溶解氧也不是越高越好，过高的溶解氧会引起废水中的有机物消耗过快，导致营养缺乏、污泥老化。溶解氧在2～4mg/L为宜。

4.3 注意事项

①循环利用装置处理能力有限，不适用于“长流水”的冲厕方式，需安装节水式的冲洗装置。

②不要使用强酸、强碱清洗厕所、食堂及洗衣房。药品会杀死污水处理装置内的微生物，失去净化能力，产生有毒的气体及恶臭，故应使用对微生物无害的洗净剂。

③不要向食堂下水道及厕所便槽内扔固体物质，会堵塞设备、管道及水泵。

④污水处理装置停止运行后，手动保持气泵间断运行。停止供气会使污水处理装置内的微生物死亡，净化能力丧失，产生有毒气体及恶臭。

⑤污水处理装置内面进行沥青船底漆涂装，不要靠近任何火源，装膜面如有破损将产生腐蚀口，导致壳体腐蚀溢漏。

⑥海上天气恶劣，须时常检查空气管和排气管是否因污水及结露而导致堵塞。■