石俊飛，國 健，于文軒，王 丹

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300382）

前言

海上平臺電解式生活污水處理裝置因流程簡單、工藝運(yùn)行受環(huán)境影響小、啟動速度快等優(yōu)點(diǎn)，普遍應(yīng)用于早期海上平臺生活污水處理。其核心工藝是通過裝置內(nèi)的電極電解混有海水的生活污水，一方面在陽極表面產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基直接將接觸到的有機(jī)物進(jìn)行氧化降解，另一方面是電解NaCl產(chǎn)生氯氣、次氯酸和氯酸鹽，再與污水中的有機(jī)物進(jìn)行間接氧化反應(yīng)，最終將污染物轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和水[1-2]。電解反應(yīng)能夠去除溶解性有機(jī)物，對于有一定粒徑的懸浮顆粒狀有機(jī)物，研究表明，粒徑越小固液傳質(zhì)系數(shù)越大[3]，氧化劑與污染物之間進(jìn)行反應(yīng)需克服固-液相間傳質(zhì)阻力[4]，導(dǎo)致去除能力極為有限。因此，需良好的固液分離系統(tǒng)作為輔助處理單元，才能保障穩(wěn)定的出水效果。隨著電解反應(yīng)及日常清洗維護(hù)過程對電極的消耗，電極處理效能會逐步降低，而采用更換電極的方式又會增加設(shè)備的運(yùn)維成本。本文通過分析某平臺在用一套電解式生活污水處理工藝的運(yùn)行問題，提出生化適應(yīng)性整改方案，并按照方案實(shí)施，達(dá)到了理想的處理效果。

1 原裝置情況分析

1.1 改造前工藝流程簡介

改造前工藝流程見下圖1：

圖1 改造前工藝流程圖

（1）來自平臺的生活污水首先進(jìn)入收集罐，收集罐罐底的曝氣管線鼓入空氣，防止污水及水中懸浮物沉降并在此處發(fā)生厭氧反應(yīng)產(chǎn)生沼氣；

（2）收集罐內(nèi)的污水通過氣體管線將污水提升至均質(zhì)罐1內(nèi)，均質(zhì)罐保持一定的持液量，可以實(shí)現(xiàn)污水的充分混合均質(zhì)作用；

（3）均質(zhì)罐2同均質(zhì)罐1的原理相同，兩個罐體之間通過高低液位互通管線維持液位一致，并通過底部的曝氣管線實(shí)現(xiàn)污水的充分?jǐn)噭樱?/p>

（4）均質(zhì)罐2內(nèi)的污水通過高位互通管線進(jìn)入分離罐，分離罐為錐形結(jié)構(gòu)，便于污泥聚集收集，污水在重力作用下實(shí)現(xiàn)固液分離，固體通過氣體管線進(jìn)入污泥罐進(jìn)行收集，上清液通過池頂部的鋸齒形溢流堰板流向下一單元；

（5）裝置配備有兩個并聯(lián)運(yùn)行的電解槽，來自平臺的公用海水在電解槽內(nèi)被電解，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性物質(zhì)，隨水流進(jìn)入反應(yīng)罐；

（6）進(jìn)入反應(yīng)罐的污水和來自電解槽的電解海水在反應(yīng)罐內(nèi)充分混合，通過電解海水中含有的氧化性物質(zhì)對污水中的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，反應(yīng)時間20 min；

（7）清水罐和反應(yīng)罐底部聯(lián)通，污水在清水罐內(nèi)通過高位溢流孔排出裝置。

1.2 原裝置技術(shù)參數(shù)

表1 原裝置技術(shù)參數(shù)

1.3 原裝置運(yùn)行存在的問題

經(jīng)過連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)該套污水處理裝置主要存在以下問題：

（1）污水中的固體懸浮物質(zhì)容易在均質(zhì)罐1及均質(zhì)罐2內(nèi)部富集，長時間無法排出系統(tǒng)，也不能自行發(fā)酵溶解，經(jīng)常堵塞管線，造成流體流通不暢甚至發(fā)生罐體冒罐。

（2）沉淀罐因設(shè)置容積較小，在高峰排水時段5 m3/h，污水在該罐體的停留時間僅10 min，部分沉淀性能不良的懸浮物還未完全沉降即隨水流進(jìn)入電解反應(yīng)單元，在電解反應(yīng)罐內(nèi)得不到完全降解，進(jìn)一步隨水流排出裝置，導(dǎo)致出水COD含量較高。

（3）洗滌灰水未經(jīng)過裝置前端沉降作用直接進(jìn)入后端反應(yīng)罐，因洗滌灰水的水質(zhì)和水量隨時間波動較大，而電解海水的量為一恒定值，在水量高峰時段，電解槽無法產(chǎn)生足夠的氧化性物質(zhì)完全氧化污染物，導(dǎo)致出水存在超標(biāo)風(fēng)險。

1.4 改造可行性分析

（1）將灰水入口更換至裝置最前端的調(diào)節(jié)池，使黑水和灰水同時經(jīng)過整套裝置進(jìn)行完整的系統(tǒng)處理，避免高峰排水時污水不能完全被處理。

（2）因均質(zhì)罐體均采用平底形式設(shè)計(jì)，底面積大，僅依靠一個出口點(diǎn)位無法實(shí)現(xiàn)固體物質(zhì)排出罐體?？紤]到罐體內(nèi)均布置有曝氣管線，可在罐體內(nèi)部引入生物菌種，依靠菌種的長期生物代謝作用，降解固體懸浮物質(zhì)。

（3）原沉淀罐為重力沉降，沉降效果受固體懸浮物質(zhì)的沉降性能影響較大，效果不佳?？紤]現(xiàn)場空間限值，引入MBR一體化分離系統(tǒng)替代原有沉淀罐功能，新增設(shè)備包括膜罐、內(nèi)置式膜組件以及配套反洗藥洗系統(tǒng)。

（4）為使系統(tǒng)內(nèi)活性污泥發(fā)揮最大功效，增設(shè)污泥提升管線與污泥回流管線。

（5）為充分利用原裝置各單元功能，MBR的出水進(jìn)入原電解反應(yīng)罐，可再次利用原有電解槽的電解海水功能，實(shí)現(xiàn)MBR出水的COD進(jìn)一步降解以及殺菌消毒作用。

（6）原裝置均質(zhì)罐2配套增設(shè)液位控制功能。

（7）考慮生化系統(tǒng)及MBR膜組件對氣體的需求，更換原裝置風(fēng)機(jī)，對鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行重新選型和配置。

2 改造后裝置情況分析

2.1 改造后工藝流程簡介

改造后工藝流程見下圖2：

圖2 改造后工藝流程圖

（1）原洗浴灰水管線經(jīng)毛發(fā)過濾器后進(jìn)入開排管線，改造后裝置處理水主要包括廚房灰水、沖廁黑水兩部分。

（2）兩路污水先進(jìn)入收集罐，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)水量的均衡。

（3）通過原有氣提管線將污水提升至均質(zhì)罐1內(nèi)，再溢流至均質(zhì)罐2內(nèi)，在均質(zhì)罐1內(nèi)和均質(zhì)罐2內(nèi)投加活性污泥，同時調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)钠貧饬?，對現(xiàn)有曝氣頭進(jìn)行現(xiàn)場檢查與維修，保證曝氣量，發(fā)揮罐體的生化功能。

（4）均質(zhì)罐2出口增設(shè)一路管線，通過提升泵進(jìn)入新增的MBR膜罐，在MBR膜罐內(nèi)一方面實(shí)現(xiàn)高濃度活性污泥狀態(tài)下有機(jī)物的去除，另一方面通過MBR膜的過濾作用，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)混合液的泥水分離。MBR膜罐出水通過抽吸泵進(jìn)入新增產(chǎn)水箱，緩存一定量的出水作為膜組件反洗水源，多余水量自流進(jìn)入反應(yīng)罐。

（5）MBR膜罐高液位處設(shè)置出水口，出水口的液體自流返回均質(zhì)罐1內(nèi)，實(shí)現(xiàn)活性污泥及污水的回流。

（6）在反應(yīng)罐內(nèi)，經(jīng)MBR膜過濾的凈化污水和經(jīng)過電解的海水充分混合，通過原裝置電極電解海水中產(chǎn)生的氧化劑，起到對污水進(jìn)一步氧化及殺菌的作用。MBR膜組件設(shè)置有藥劑清洗系統(tǒng)，可定期對MBR膜進(jìn)行藥劑清洗，以維持膜的產(chǎn)水能力。

2.2 改造工藝計(jì)算

2.2.1 罐體容積計(jì)算

采用有機(jī)負(fù)荷法進(jìn)行計(jì)算。原裝置有機(jī)負(fù)荷BOD5為18.25 kg/d，考慮MBR法的活性污泥濃度一般為6～12 g/L，活性污泥的有機(jī)負(fù)荷小于BOD50.5 kg/ d（kgMLSS ），則生化反應(yīng)罐容積：

式中：VO為生化反應(yīng)罐容積（m3）；mBOD5為生物反應(yīng)罐進(jìn)水中BOD5總量（kg/d）；Ls為污泥負(fù)荷[kg BOD5/（kg MLSS·d）]，取值 0.15；X為生物反應(yīng)罐混合液懸浮固體平均濃度（gMLSS/L），一般為6～12，取值8。計(jì)算得到生化反應(yīng)罐體容積為15.2 m3。

采用污泥齡進(jìn)行校核：

式中：XV為生物反應(yīng)罐內(nèi)混合液揮發(fā)性懸浮固體平均濃度（g MLVSS/L），取值6；Y為污泥產(chǎn)率系數(shù)（kg MLSS/kg BOD5），取值0.7；θC為污泥齡（d），一般為0.2～15，取值10；KdT為衰減系數(shù)（d-1），以冬季施加伴熱保溫后最低溫度為10 ℃，取值0.041。計(jì)算得到生化反應(yīng)罐體容積為15.1 m3，小于采用有機(jī)負(fù)荷法得到的生化反應(yīng)罐容積15.2 m3，說明工藝設(shè)計(jì)合理。

考慮實(shí)際罐體體積為原均質(zhì)罐1和均質(zhì)罐2體積之和為15.8 m3＞15.2 m3，滿足工藝要求。

2.2.2 新增膜罐容積及配套設(shè)備選型計(jì)算

本次改造設(shè)計(jì)水量Q為102.9 m3/d，根據(jù)浸沒式膜生物反應(yīng)器膜通量可選擇15～25 L/（m2·h），本次改造選取膜通量為QS為20 L/（m2·h），膜組件運(yùn)行方式為運(yùn)行8 min，停止2 min，單片膜面積S0為6 m2，則膜片數(shù)量n為：

單個膜片尺寸長1 015 mm，寬480 mm，厚度為25 mm。為節(jié)省占地，本次改造中將固定膜片的卡槽固定于膜罐罐壁兩側(cè)，膜片為每4片膜一組，選取12組，共計(jì)48片膜。排列放置后組成膜堆，長2 360 mm，寬度（含集水管60 mm）為600 mm，膜片底部曝氣空間200 mm，膜片頂部水位300 mm，液位高度為1 515 mm，同時在罐體頂部設(shè)置配水過濾系統(tǒng)，罐體進(jìn)行適當(dāng)加高，最終罐體高度選取2 100 mm。

2.3 改造、新增設(shè)備參數(shù)

改造、新增設(shè)備參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 改造、新增設(shè)備參數(shù)統(tǒng)計(jì)

3 改造前后裝置運(yùn)行效果對比

改造前裝置進(jìn)水COD在568～742 mg/L之間，出水指標(biāo)在259～300 mg/L之間，平均去除率58%。裝置改造完成后，在均質(zhì)罐1和均質(zhì)罐2內(nèi)引入了活性污泥，采用接種活性污泥法進(jìn)行生化培菌與馴化，菌種采用陸地市政污水處理廠污泥間脫水污泥（含水率約80%），污泥投加量為200 kg。先進(jìn)行悶曝激活與培養(yǎng)工作，持續(xù)時間為3 d，自第4天開始裝置進(jìn)水量按設(shè)計(jì)水量的10%逐步增加，同時投加20 kg耐鹽菌種，保持溶解氧為3～5 mg/L，污泥濃度不小于4 000 mg/L，測定混合水樣氯離子不超過6 000 mg/L，TDS不超過15 000 mg/L，進(jìn)行為期半個月的菌種馴化工作，最終裝置實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行，裝置出水基本穩(wěn)定在125 mg/L左右，污染物去除率在80%左右，有效提高了設(shè)備的運(yùn)行效率。

4 結(jié)論

海上平臺原有電解式生活污水處理裝置隨著時間的推移運(yùn)行效率降低，容易出現(xiàn)電解效率降低、出水有機(jī)物含量高等問題。結(jié)合現(xiàn)場裝置實(shí)際情況，經(jīng)過有針對性的、可實(shí)施的生化適應(yīng)性改造后，解決了工藝運(yùn)行效率低、裝置出水不穩(wěn)定的問題，可為同類型裝置升級改造提供參考。