循環(huán)水環(huán)保衛(wèi)生間的設計及應用

杜永彬

中國石油集團長城鉆探工程有限公司工程服務公司 遼寧 盤錦 124010

引言

石油鉆井隊的作業(yè)現場使用的衛(wèi)生間大都是簡易的旱廁,需要在衛(wèi)生間下部提前挖坑以存儲糞便,待井隊搬遷之后再進行填埋或處理。冬季使用時寒風刺骨,糞便結冰越堆積越高難以處理。夏季悶熱難耐,臭氣熏天,蚊蠅及病菌滋生,極易誘發(fā)疾病,對員工健康帶來了威脅,嚴重影響身心健康。此外,根據新環(huán)保法的要求,糞便及污水不允許直接露天排放,避免污染環(huán)境。循環(huán)水環(huán)保衛(wèi)生間的研發(fā)成功及應用,有效改善了一線員工的如廁條件,保護生態(tài)環(huán)境,節(jié)約水資源。

1 環(huán)保衛(wèi)生間現狀及分析

目前環(huán)保衛(wèi)生間根據設計原理不同,主要可分為三大類：循環(huán)水型環(huán)保衛(wèi)生間、免水沖型環(huán)保衛(wèi)生間和節(jié)水型環(huán)保衛(wèi)生間。

免水沖型環(huán)保衛(wèi)生間根據其處理工藝的不同可分為免水生物處理型環(huán)保衛(wèi)生間、打包型環(huán)保衛(wèi)生間。節(jié)水型環(huán)保衛(wèi)生間主要通過改進除臭裝置、抽吸設備、蹲便器以達到節(jié)水的目的。包括真空廁所、除臭廁所。循環(huán)水型環(huán)保衛(wèi)生間的水源為首次使用時加注的水,污水處理系統(tǒng)通過生化反應裝置逐級降解,利用活性污泥和生物膜的原理對糞尿污染物進行處理,定期向生化反應裝置中投加微生物菌劑,使其大量繁殖以增強凈化效果,對出水再進行殺菌消毒,以達到處理出水可循環(huán)利用于沖廁的目的[1-2]。

通過對比分析,采用生物法處理的循環(huán)水沖環(huán)保衛(wèi)生間適合在石油鉆井隊現場應用。

2 污水處理工藝的研究及分析

目前沒有專門針對沖廁污水進行處理的工藝,都是參考綜合生活污水處理工藝,通過試驗研究及應用實例驗證,對流程進行改進,從而進行沖廁污水的處理。生活污水處理工藝已很成熟,核心技術為活性污泥法和生物膜法,傳統(tǒng)的活性污泥法處理工藝在中小型生活污水處理中已應用較少,都采用改進的或聯合工藝進行處理,以減小占地面積,提高處理效率和處理效果。

生活污水處理的核心是生化部分,主要包括接觸氧化法、SBR法、A/O、A2/O、MBR法等,用生化法處理生活污水是目前最經濟、最適用的污水處理工藝[3-5]。

對比分析研究,采用A2/O法污水處理工藝為基礎,進行沖廁污水的處理,結構相對簡單,現場人員容易進行設備操作維護及管理,成本較低,適合應用在石油鉆井隊現場。

3 循環(huán)水環(huán)保衛(wèi)生間設計

3.1 工藝流程設計 綜上所述,結合鉆井隊現場的實際現狀,選擇生物降解循環(huán)水沖環(huán)保衛(wèi)生間進行研發(fā),首次使用時注滿清水,添加生物菌劑,然后正常使用,沖廁后的水經過生物反應器進行處理,經殺菌、脫色后循環(huán)使用沖廁。該技術在A2/O污水處理工藝的基礎上,進行設計結構改進,采用好氧生物、厭氧生物處理法及生物膜法等,利用微生物的新陳代謝、分解、吸附等作用,最終將糞便降解為水和二氧化碳。處理系統(tǒng)主要由調節(jié)池、厭氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池和清水池組成。在厭氧池、缺氧池、好氧池中設計填料加增加生物填料,大大增加了微生物掛膜量,提高運行效率,縮短啟動時間[6-7]。

工藝流程如圖1所示。運行機理為沖廁污水首先進入調節(jié)池分離沉淀；厭氧微生物在厭氧池分解糞尿內大分子有機物,實現脫氮除磷；缺氧池中在兼氧微生物的作用下進行反硝化作用,繼續(xù)降解大分子有機物；在接觸好氧池內,載體上的好氧微生物分解污水中的可生物降解的有機物,并進行硝化反應；沉淀池的回流裝置將一部分消化液及污泥回流入缺氧池；最后混合液流入清水水池進行脫色和滅菌,系統(tǒng)最終出水可循環(huán)使用沖廁。

圖1 沖廁污水處理工藝流程圖

3.2 生物反應器設計[8-9]根據鉆井隊人數及每天使用環(huán)保衛(wèi)生間的情況,設計沖廁污水處理量Q=1m3/d,進出水質標如表1所示,對各個反應池的容積進行設計。

表1 設計進出水指標 單位：mg/L

3.3 房體設計 循環(huán)水環(huán)保衛(wèi)生間包括房體和生物反應器,總體效果及總圖結構如圖2所示。主要由男廁間、女廁間、設備間組成,廁間、設備間均配備了相應的保溫系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、電控系統(tǒng),廁間還配備了制冷設備,一年四季溫度適宜。廁間內的負壓通風系統(tǒng)始終保持內部空氣新鮮。為了適應鉆井隊井場搬遷的需求,在冬季搬遷不通電的情況下防止設備結冰,流程管線凍堵,達到就位后快速使用,還配備了斷電加熱系統(tǒng),斷電期間靠燃燒油料釋放暖氣,保持室內溫度不低于零度。環(huán)保衛(wèi)生間的總體設計強度滿足帶水運輸的要求,方便快速搬遷和投入使用。

圖2 循環(huán)水環(huán)保衛(wèi)生間示意圖

3.4 高效生物菌劑開發(fā)

(1)菌劑篩選[10]。分別采集多處典型生活污水處理系統(tǒng)、垃圾滲濾液污水處理系統(tǒng)活性污泥用于高效有機物降解菌及硝化細菌的富集分離、保存。在錐形瓶中加入生活污水無機鹽培養(yǎng)基,分別再加入富集用活性污泥,在搖床中培養(yǎng)、富集馴化。在無菌條件下挑取斜面保存的菌種,接種到盛有已滅菌生活污水的錐形瓶中,置于搖床中恒溫振蕩培養(yǎng),24h后取樣測定污水中COD與氨氮濃度,根據去除率挑選出高效有機物降解菌及硝化細菌。將菌株進行革蘭氏染色,油鏡觀察分菌體細胞形態(tài)和染色特征。提取DNA并對其進行16SrRNA基因擴增測序,用Blast軟件在GenBank數據庫中尋找同源序列,利用MEGA軟件建立種群系統(tǒng)發(fā)育樹,并最終確定其種屬關系。

(2)菌劑應用。篩選出的菌劑主要包括不動桿菌、假單胞菌、枯草芽孢桿菌等,用于環(huán)保衛(wèi)生間生物反應器進行沖廁污水處理,可以有效去除COD、BOD、氨氮、濁度、色度及污水中的異味,處理后的水循環(huán)使用沖廁。

3.5 互聯網平臺設計應用 設計開發(fā)了智能控制系統(tǒng),實現了智能化與信息化相結合。采用PLC智能控制,設備運行的無人值守,同時開發(fā)物聯網遠程監(jiān)控軟件,建立遠程平臺,實現遠程設備運行監(jiān)測及控制等功能。PLC依據處理工藝的要求控制各個設備,與物聯網相結合,在電腦PC端和手機APP均可顯示環(huán)保衛(wèi)生間的實時運行狀況,包括地理位置、設備運行狀態(tài)、使用次數統(tǒng)計、報警或設備故障,還可對設備故障進行分類和統(tǒng)計,有助于設備故障的分析和判斷,為現場服務工程師提供有效的解決方案。同時建立了視頻和通話功能,對于簡單的設備故障處理和操作可通過視頻進行指導維護操作。

4 推廣應用

試驗成功后,該產品逐步在石油鉆井隊現場推廣使用,得到了員工的一致好評。同時適應了公司推進工程技術服務隊伍標準化、專業(yè)化、機械化和信息化建設,要求最大限度保護和愛護一線員工,降低一線員工的勞動強度,改善生產生活環(huán)境。使用區(qū)域遍及遼寧、內蒙古、甘肅、新疆、青海、四川、天津等地區(qū)作業(yè)現場。

除應用于野外作業(yè)、搬遷頻繁的隊伍外,還可廣泛應用于采油站等固定場所的作業(yè)隊,同時適用于旅游景區(qū)、市政等場所,特別是上水、下水不方便的場所。

5 結論

5.1 根據石油鉆井隊現場的實際工況,循環(huán)水環(huán)保衛(wèi)生間適用于作業(yè)現場。

5.2 A2/O污水處理工藝經過改進,可以用于沖廁污水的處理,可以有效去除污水中有機物、色度、氣味,配合微生物菌劑的使用,可以增強處理效果。

5.3 節(jié)水節(jié)能,循環(huán)水環(huán)保衛(wèi)生間的使用為井隊節(jié)約了大量水資源,按照50人的鉆井隊計算,每套設備每年可節(jié)水約500方,同時節(jié)省500方污水的運輸費用及污水處理費用。

5.4 解決了鉆井隊現場糞便排泄物無處排放,污染環(huán)境的問題。

5.5 解決了一線員工上廁所難、如廁環(huán)境惡劣的問題,提升了一線員工的生活水平和幸福指數。