生活污水處理裝置分析及運(yùn)用

李 鵬，王 寧，劉 儉

(天津修船技術(shù)研究所，天津 300456 )

生活污水處理裝置分析及運(yùn)用

李 鵬，王 寧，劉 儉

(天津修船技術(shù)研究所，天津 300456 )

文章主要研究運(yùn)用合適的污水處理裝置更好的處理生活樓污水。由于國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視，特別是對(duì)海洋環(huán)境水質(zhì)提出更高的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)要求。這就需要對(duì)生活污水裝置進(jìn)行一系列的優(yōu)化，來(lái)滿(mǎn)足污水處理的國(guó)際化要求。

海洋平臺(tái)；生活污水；污水處理裝置；氣液分離器

1 背景和工藝流程

1.1 系統(tǒng)背景

生活樓用水量沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，一般參照《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行選用。船舶生活用水包括衛(wèi)生間沖洗、洗衣、餐飲等。

生活污水的產(chǎn)生和排放通常是不穩(wěn)定的，其流量也不穩(wěn)定。根據(jù)在KL10-1平臺(tái)上生活樓污水的調(diào)查，每日的最大污水量出現(xiàn)在早7∶00～8∶00，其污水量可達(dá)50 L/h，與日污水量250 L/d相比，可知變化系數(shù)為1∶5。對(duì)于生活樓而言，生活污水量波動(dòng)較大，甚至?xí)霈F(xiàn)夜間無(wú)污水排放的情況。為保證污水處理裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，必須進(jìn)行污水流量的調(diào)節(jié)。就生活污水處理而言，生活用水量越少，污水越少，對(duì)處理越有利。因此，①必須對(duì)其用水機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)，盡可能采用節(jié)水型的用水裝置；②在生活污水裝置前端增加緩沖罐來(lái)進(jìn)行保護(hù)。

1.2 生活污水裝置工藝流程

按照MARPOL73/78附則Ⅳ《船舶生活污水防污染規(guī)則》的規(guī)定，除非特殊情況，禁止海上船舶及平臺(tái)直接向海域排放生活污水。海上必須安裝符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的生活污水處理裝置，生活污水處理裝置從工藝上可分為2種。

1)生活污水處理裝置生化法。生活污水生化處理裝置(MBR)是利用生物化學(xué)法的生活污水處理裝置。此裝置運(yùn)用較廣泛，是依靠細(xì)菌產(chǎn)生細(xì)菌酶，用酶來(lái)分解有機(jī)物，達(dá)到對(duì)水質(zhì)的凈化。

MBR的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)有機(jī)物分解徹底，不用加裝污染藥劑，不會(huì)對(duì)裝置自身產(chǎn)生運(yùn)行污染及阻礙；如果使用得當(dāng)，不用增加細(xì)菌且成本較低。

MBR的缺點(diǎn)是需要有足夠的空間，使細(xì)菌能夠大量繁殖產(chǎn)生細(xì)菌酶；需要給細(xì)菌創(chuàng)造出適合生長(zhǎng)的溫度、空間、物質(zhì)等；對(duì)無(wú)機(jī)物如塑料、鋼砂等無(wú)法分解，且分解有機(jī)物的反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。

其流程是廚房污水先進(jìn)撇油器，撇去過(guò)多的油脂。因?yàn)橛椭^(guò)多會(huì)使有限的細(xì)菌無(wú)法生存。再與洗滌水和沖廁水進(jìn)入污水收集器。通過(guò)輸送泵進(jìn)入污水調(diào)節(jié)柜，然后進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)柜、二級(jí)反應(yīng)柜，進(jìn)行反應(yīng)。在反應(yīng)過(guò)后進(jìn)入沉降柜，沉降出多余的雜質(zhì)。再到集水柜中通過(guò)膜組件，濾去細(xì)小的雜質(zhì)。最后進(jìn)入紫外線(xiàn)消毒柜，殺死過(guò)多的細(xì)菌流向大海，放出達(dá)標(biāo)水質(zhì)。

MBR裝置是通過(guò)生物化學(xué)的方法來(lái)完成核心處理。這種裝置主要是保證其內(nèi)部裝置細(xì)菌的存活?？梢岳门撌疫M(jìn)行空間上的改造，使得反應(yīng)空間比較大，適合細(xì)菌的生長(zhǎng)。在細(xì)菌存活的狀態(tài)下，水質(zhì)可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。并且沒(méi)有二次污染，不需要加入其它化學(xué)藥劑[1]。

2)生活污水處理裝置電解法。由于生活污水處理裝置電解法是利用電能對(duì)生活污水及其雜質(zhì)進(jìn)行分解。近些年，中國(guó)大部分海洋平臺(tái)和采油船的生活樓都采用這種生活污水處理裝置，使這種裝置得到了很好的發(fā)展。生活污水處理裝置電解法裝置可分為YPS處理裝置(具有高電壓、大電流功能)、STDN處理裝置(具有高電壓、大電流瞬時(shí)功能)和ECO處理裝置(具有低電壓、大電流瞬時(shí)功能)。

YPS是利用高電壓、大電流電解有機(jī)物質(zhì)的生活污水處理裝置，此裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，其工作原理是用電流把有機(jī)物質(zhì)分解成碳、氫氣、水、鈣質(zhì)等物質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單、空間小、分解快；缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生氫氣、產(chǎn)生鈣質(zhì)、耗電量大。

STDN是利用電解法生活污水處理裝置，其電解方法與YPS一樣。但STDN前端增加了粉碎泵，使污水可以在管線(xiàn)中與電極板進(jìn)行瞬間分解，減少鈣質(zhì)。

ECO是在YPS裝置和STDN裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)，它采用低電壓、大電流進(jìn)行電解，并在反應(yīng)器前端加裝粉碎泵，使污水達(dá)到瞬時(shí)處理要求。此裝置會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、水和鈣質(zhì)。ECO的優(yōu)點(diǎn)是自主設(shè)計(jì)電池分解池，加裝粉碎池，使得反應(yīng)更快。ECO缺點(diǎn)是鈣質(zhì)細(xì)小，需要及時(shí)排泥同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生有毒、可燃的一氧化碳?xì)馀荨?/p>

ECO的流程是生活污水進(jìn)入粉碎柜，對(duì)固體進(jìn)行粉碎，把粉碎后的污水入海水混合，然后把混合水輸送到電離槽中進(jìn)行電離，電離后進(jìn)入分離器中，分離出合格水、一氧化碳、鈣質(zhì)。合格水排放，一氧化碳通過(guò)藥劑吸附吸收，鈣質(zhì)進(jìn)入排泥管線(xiàn)。由于過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，所以在分離器中加入除泡劑。

由于ECO電壓過(guò)低所以功率不是很高。但其分解效果比較好，產(chǎn)出鈣質(zhì)少[2]。

1.3 研究目標(biāo)

結(jié)合30萬(wàn)t深水船舶生活模塊的特點(diǎn)，并根據(jù)生活污水處理裝置的特點(diǎn)。做成接口簡(jiǎn)便連接、維修簡(jiǎn)單、占地面積小、一次投入終身收益的集成化裝置。

2 生活污水處理裝置研究及改進(jìn)

本文圍繞如何把生活污水處理裝置中內(nèi)部輔助裝置，進(jìn)行整合，合理安裝接口，并形成集成化裝置。

2.1 設(shè)計(jì)要求

1)滿(mǎn)足生活污水處理裝置處理水質(zhì)要求。

2)結(jié)合生活污水處理裝置的工作流程，把生活污水處理裝置制作成可快速連接的小型集成化裝置。

2.2 生活污水處理裝置參數(shù)

新海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)159(55)排放標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

2.3 設(shè)計(jì)指標(biāo)及設(shè)計(jì)工況

1)設(shè)計(jì)指標(biāo)。生活污水處理裝置處理規(guī)模：160人。設(shè)計(jì)處理量：每人黑水100 L/d、灰水150 L/d。

2)設(shè)計(jì)工況。正常運(yùn)行期間進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)(灰黑混合液)見(jiàn)表2。

2.4 優(yōu)缺點(diǎn)及其改進(jìn)

生化法和電解法的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表3。

綜上考慮，我們提出PBM-ECO工藝流程。該方案優(yōu)化生化法與電解法的優(yōu)勢(shì)，能夠有效的保證出水長(zhǎng)周期達(dá)標(biāo)排放。

PBM技術(shù)是新型的生物處理技術(shù)，主要是通過(guò)預(yù)處理將黑水中的有機(jī)物降至合格。

對(duì)于普通的生物處理工藝，高鹽度對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，①鹽度過(guò)高將導(dǎo)致滲透壓增大，使微生物細(xì)胞脫水，進(jìn)而引起原生質(zhì)的流失；②鹽析作用使脫氫酶活性降低；③高濃度氯離子對(duì)細(xì)菌有毒害作用。

表1 排放標(biāo)準(zhǔn)

表2 水質(zhì)指標(biāo)

表3 生化法和電解法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

該技術(shù)通過(guò)添加高效耐鹽菌，提升處理效果，在生物的作用下，利用缺氧—好氧條件將污水處理至較低的水平。

ECO技術(shù)是特殊的電化學(xué)處理技術(shù)，特征在于應(yīng)用該技術(shù)，對(duì)于常規(guī)灰水和未達(dá)標(biāo)黑水的處理。其特點(diǎn)主要集中在反應(yīng)器的特殊結(jié)構(gòu)和電極板的特殊性能上。

常規(guī)的灰水，其生化性較差(含洗滌劑、消毒劑、除油劑)，直接用生物處理效果差；黑水處理體系中加入灰水后，出水難以達(dá)標(biāo)。利用ECO技術(shù)能實(shí)現(xiàn)常規(guī)灰水和未達(dá)標(biāo)黑水的快速處理。

2.5 改進(jìn)后生活污水處理裝置流程

圖1 生活污水處理裝置PBM-ECO流程

生活污水處理裝置PBM-ECO流程見(jiàn)圖1。 生活樓上的污水先進(jìn)入粉碎池，通過(guò)粉碎泵進(jìn)行粉碎，接著進(jìn)入PBM反應(yīng)器與細(xì)菌反應(yīng)，然后進(jìn)入ECO反應(yīng)器，與其中的電解板進(jìn)行反應(yīng)后，進(jìn)入氣液分離器，分離出氫氣、鈣質(zhì)、達(dá)標(biāo)水。這種方案由于PBM和ECO進(jìn)行了串聯(lián)，既可以去除過(guò)多的鈣質(zhì)和有機(jī)物，又可以把裝置體積做小、做成集成化。是一次投入，終身收益的集成化裝置。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于在生活樓中，我們所做的生活區(qū)域都是以模塊化為單位的，所以我們所做的生活污水處理裝置也需要模塊化，以滿(mǎn)足快速安裝的要求。

根據(jù)以上的裝置介紹，MBR需要的空間比較大，反映溫度、時(shí)間、物質(zhì)等有適當(dāng)?shù)囊蟆Ｒ虼薓BR做成小型化、模塊化是比較難的。但我們可以做成小型的預(yù)處理裝置PBM。

ECO裝置需要的空間較小，也可以做成模塊化。但是ECO裝置是低電壓、大電流裝置，這種裝置在耗電量上大于原有的生化法裝置。因此2者結(jié)合做成PBM-ECO在生活樓中運(yùn)用，既達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)又節(jié)約了能源。

[1] 趙志剛.生活污水處理裝置生化法MBR裝置報(bào)告[D].上海：中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七○四研究所， 2013.

[2] 謝陳鑫.生活污水處理裝置電解法ECO裝置報(bào)告[D].天津：天津化工設(shè)計(jì)研究院,2013.

To meet the requirements of high-level sea-water quality and internationalized standard,sewage disposal apparatus must be optimized serially.Here in this paper,some proper sewage disposal apparatus is studied for treating sewage of living building.

offshore platform;living sewage;sewage disposal apparatus;gas-liquid separator

李鵬(1983-)，男，河北張家口人，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事平臺(tái)及船舶生活污水處理工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.04.016

2017-02-15