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摘要：近年来，一些海上石油钻井平台大都采用生物化学法进行生活污水处理，处理水质达到IMO规定的标准排放。但在实际应用中，由于平台改造期间人数较多以及设备老化等原因，短期生活污水量超过生活污水处理装置的实际处理量，造成超标排放风险。针对这种情况，文章对某平台已运行了7年的生化法生活污水处理装置进行升级改造探索，通过增加前置生活污水三级缓冲罐、增加气爆和气提装置，将原配置的帘式过滤膜升级为板式膜，切实提高了生活污水系统排放水质的稳定性和达标水平。
关键词：海上平台；生化法；爆气；板式膜；石油化工
0引言
生活污水处理装置包括生化处理柜、污泥柜、帘式(筒式)膜组件和清水柜，生活污水流量少、停留接触时间长、污水颗粒度小，则处理效果好，反之，则药剂量要求大。根据现场使用经验，帘式膜组件出现堵塞是处理量减少和出水水质差的主要原因，早晚用水高峰期时，每小时的水量超过原处理装置的额定处理量，高峰期大部分的水随清水罐溢流口排走，造成超标排放风险，同时带走设备内部菌种进一步降低污水处理效果。
某海上平台配置了一台生化法生活污水处理装置，由于设备老化其处理效率和排放水质降低。平台改造期间常住人数增加，在用水高峰时段污水量快速达到装置额定处理能力，排放水质临近环保限值，给平台带来环保风险。根据平台污水产生的特点和帘式膜易堵塞的特性，需要对生活污水处理系统进行评估和改造升级，以确保处理效率和排放水质达标。
1高峰用水阶段污水预处理方案研究
1.1原生活污水处理系统参数
生活污水处理装置的额定处理量为40 m3/d、操作温度为5～50℃,当操作参数超过上述条件时，设备处理效率将降低。生活污水处理装置采用序批式工艺和膜生物法相结合[1]，主要由本体、风机、循环泵、膜组件、抽吸泵、排放泵、加药泵、电控箱、阀等组成整体橇块，其中主罐由隔板分为生化柜、污泥柜及清水柜，如图1所示。
生化处理柜通过生化处理法去除污水中的有机物，然后通过膜组件由抽吸泵抽出，进入清水柜，再利用紫外线杀菌后达标排放。污泥柜的污泥约10 d外排一次，药剂加在筒式膜内。IMO排放水质标准[2]：大肠杆菌数≤100个/100 mL，SS≤35 mg/L，BOD5≤25 mg/L，COD≤125 mg/L，pH值：6.0～8.5。
1.2原生活污水处理系统参数
为解决用水高峰时段污水超标排放风险，首先对生活污水进行预处理，在生化柜之前增加生活污水缓冲罐，控制进入生活污水处理装置的流量，新增缓冲罐具有固体物沉降、粉碎等功能。
如图2所示，为前置缓冲设备设计方案，包括生活污水缓冲罐、黑水搅拌器、灰水搅拌器、污水转移泵、超声波液位计、爆气系统、电气仪表及管路系统。其中生活污水缓冲罐由黑水罐、灰水罐及混合罐组成，各罐通过隔板上不同高度的152.4 mm(6英寸)口联通。工作原理如下：黑水和灰水分别进入黑水罐和灰水罐，两个罐内设置了顶置式开刃叶轮搅拌器，能将头发等物体直接粉碎，叶轮是双层叶轮，采用径向流动式，旋转中提起罐底液体而实现液体罐内流动，其效果如图3所示。
黑水罐上部连通口将已粉碎的黑水送入灰水罐，灰水罐上部将已粉碎的灰水送入混合罐，固体颗粒在流动过程中被搅拌器开刃叶轮击碎。黑水罐和灰水罐底部设置爆气装置，将管底颗粒提升至搅拌器范围，同时爆气增加供氧量以消解有机物。污水通过搅拌器作用后进入混合罐内，采用爆气盘防止颗粒沉淀，使介质混合均匀。混合罐顶部设置雷达液位计，与生化处理柜的液位连锁，同时，生化处理柜的液位还控制两台离心式转移泵，当生化柜液位处于低液位时，转移泵启动将污水缓冲罐内的污水打入生化柜内，当达到生化柜高液位时，转移泵停机。当混合罐上的雷达液位计探测到混合罐内液位处于高位时，如果生化柜内的液位也处于高位，则转移泵将混合罐内的污水打入生化柜内。
1.3缓冲罐容积计算
根据海油总安〔2014〕601号文件，海上油气生产设施人员生活污水排放定额按350 L/(d·人)考虑，当平台总人数超过平台固定床位而小于救生艇总人员时，超过平台固定床位的临时人员需要每天往返其他平台住宿。本工作的设计人数按照油气生产设施救生艇总人数考虑，救生艇总人数为165人，则生活污水日排放量：
Q=350×165=57 750 L/d=57.75 m3/d(1)
每天早上6～7时以及晚上19～20时为用水高峰期，持续约1 h。高峰期的用水量按照日常每小时平均流量的3倍考虑，则高峰期的污水流量为：
Q 1=Q/24×3=57.75/24×3=7.218 m3/h(2)
考虑到水量的波动性，缓冲罐的有效容积取高峰用水量的1.2倍，即缓冲罐的有效容积不小于：
C=Q1×1.2×1=7.218×1.2×1=8.662 m3(3)
2膜池升级方案研究
2.1帘式膜与板式膜比较
膜组件的材质通常为PVDF和PTFE，帘式膜和板式膜的差异在于加工工艺和结构形状，同等重量下板式膜的通量更大，帘式膜易加工其价格低于板式膜。对只有固体颗粒的污水运行工况下，帘式膜比板式膜更容易吸附污泥，如果系统的前处理出现故障导致固体污染物进入到膜池，帘式膜的束状结构会将污染物拦截在膜丝的顶部，从而导致膜通量下降、污堵加快，板式膜依靠其平面结构的优势避免固体污染物附着。在实际工况中，平台生活污水含有丝状污染物，其在经过帘式膜时容易形成缠绕，将丝状膜捆绑而形成过滤漏洞。采用板式膜时，丝状污染物无法通过过滤通道，在爆气情况下始终悬浮在液体中，同时爆气将附着于板式膜上的污染物冲散，清洁过滤通道。膜组件运行成本主要体现在爆气用量及加药量，板式膜对空气需求量小于帘式膜，所以板式膜的运行成本更低。
原生活污水处理装置的膜组件采用帘式(筒式)膜结构，生活污水中的头发等细长物质挂在帘上形成缠绕捆绑，难以通过反冲洗和爆气清除，如图4所示。
2.2板式膜升级改造方案
将帘式膜筒设备铲除，更换为常压方罐的板式膜池。膜池采用PVDF板式膜，在相同的设备占地面积情况下，板式膜池的总膜通量约为帘式膜的1.5倍。板式膜池除了膜组件性能提升外还配置了爆气装置，可将污水内部的固体颗粒均匀分布，缓解膜堵塞，如图5所示。
板式膜池罐内含有污泥柜流出的污泥，其无法通过板式膜片过滤而沉积在池底。常用的方法是在膜池底部设置排污口由人工定时排出，由于污泥沉降速率和产量不定，容易造成排污延迟，同时底部排泥管线没有额外的动力，泥沙淤积在管线内经常形成堵塞，对罐底开排泵产生较大磨损。新设计一套气提装置，其原理如图6所示，按期开关气提装置，在液体密度差和气流带动作用下，膜池底部浑浊泥水往气体管上部走，罐外采用一段透明软管，可以通过观察液体颜色判断罐底污泥深度，当浑浊颜色淡至一定程度时表示污泥已经很少，此时停止气提。
2.3罗茨鼓风机配套容量
升级的膜组件采用80片平板膜，平板膜总面积120 m2，处理水量可达48～72 m3/d。单片平板膜所需曝气量为10 L/min，故膜池曝气量为800 L/min即48 m3/h；新增前置缓冲罐的曝气量按容积的5倍计算，耗气约为43.5 m3/h；总新增耗气量合计为91.5 m3/h；原生化柜的爆气量为73.2 m3/h，因此生活污水处理系统总共所需耗气总量约为165 m3/h。选取排气压力较高的罗茨风机，风机出口压力为50 kPa(表压)。
3生活污水处理系统控制流程设计
原生活污水进水口改至缓冲罐，分黑水、灰水两路进罐。缓冲罐设置隔舱和搅拌器，罐底设置曝气管线，罐的排渣口接入原处理装置的排渣管线。缓冲罐下游设置污水转移泵，经泵打入原处理装置的污泥柜，以气提和溢流的方式进入其他柜进行处理，处理后的污水从液位柜经泵打入更换后的板式膜池，膜组件内部清水通过抽吸泵吸出，经紫外线杀菌后进入清水柜，通过排海泵排放入海。
新增的污水转移泵由缓冲罐的雷达液位计和清水柜的液位计共同控制，当缓冲罐液位高度到达1 000 mm时，转移泵开启；当缓冲罐液位低于300 mm时，转移泵关闭；缓冲罐液位低于200 mm时，转移泵应急关断。当清水柜的液位接近其溢流口高度时，转移泵亦关闭，避免溢流带走菌群，清水柜对外溢流口不高于一级生化柜至清水柜的溢流口高度。缓冲罐的搅拌器在中控组态设置定时开关机，每天6:00-8:00、18:30-20:30开启，其余时间关闭。更换后的板式膜池增加了气提流程，根据膜池的污泥聚集情况(可参考抽吸泵真空表的读数)定期开启气提流程，将污泥打回污泥柜，以延长板式膜的寿命，在使用过程中，膜池的液位始终不得低于膜组件的高度，以避免造成PVDF膜不可逆的损坏[3]。
4结语
生活污水系统的改造应首先确认其不违反环保、安全部门及法规要求，其次是技术方案有利于现场施工。通过对生化法生活污水处理装置配置前置缓冲预处理装置、将帘式膜更换为板式膜以及优化爆气流程，现场应用效果表明其有效提高了高峰用水阶段的处理能力，排海水质稳定达标，对其他海上平台采用生化法的生活污水处理装置改造具有很好的借鉴意义。
参考文献：
[1]王亮.海上平台不同类型生活污水处理装置比对分析研究[J].石油化工安全环保技术，2019，34(4)：55-59.
[2]国家海洋局.海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值：GB 4914—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.
[3]陈养锴.海上平台生活污水处理装置频发故障的原因分析及对策[J].石化技术，2021(2)：38-39.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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海上生化法污水处理系统改造设计论文
人参与 2024-09-13 10:03:29 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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