海上平臺電解式生活污水處理裝置生化適應(yīng)性改造

石俊飛，國 健，于文軒，王 丹

（中海油天津化工研究設(shè)計院有限公司，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、工藝運行受環(huán)境影響小、啟動速度快等優(yōu)點，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行問題，提出生化適應(yīng)性整改方案，并按照方案實施，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 原裝置運行存在的問題

經(jīng)過連續(xù)運行監(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，底面積大，僅依靠一個出口點位無法實現(xiàn)固體物質(zhì)排出罐體。考慮到罐體內(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 改造工藝計算

2.2.1 罐體容積計算

采用有機(jī)負(fù)荷法進(jìn)行計算。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)計合理。

考慮實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)備選型計算

本次改造設(shè)計水量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），膜組件運行方式為運行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)計見表2。

表2 改造、新增設(shè)備參數(shù)統(tǒng)計

3 改造前后裝置運行效果對比

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，最終裝置實現(xiàn)自動運行，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)場裝置實際情況，經(jīng)過有針對性的、可實施的生化適應(yīng)性改造后，解決了工藝運行效率低、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。