通过分析海上油田生活污水的产排特点，针对性地开发了一种海上油田生活污水一体化处理装置，采用“接触氧化+MBR”工艺，将预处理、厌氧、好氧、MBR及杀菌消毒等工艺合为一体。经过现场调试及连续5 个月的运行跟踪，该一体化装置对COD及NH4+-N的平均去除率分别为91%和89%，出水水质可达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T 18920—2002）的指标要求，并在海上平台实现冲厕回用。该装置具有防污堵、操作简便及自动化程度高等特点，出水水质可长周期稳定达标，适用于海上油田生活污水处理。
关键词：
海上油田生活污水； 产排特点； 一体化处理装置； 冲厕回用
海上油田生活污水，即海上钻井平台和相关油气生产设施产生的生活污水，主要包括厨房灰水、洗涤灰水（包括日常盥洗、洗浴及洗衣间排放污水）、冲厕黑水以及医务室排出的污水等。不同于陆地生活污水，由于特殊环境条件的限制，即海上平台卫生系统排泄周期短、海上设施占地紧张以及油气生产任务繁重等，海上油田生活污水处理装置需要具备抗冲击负荷能力强、结构紧凑、自动化程度高以及维护简便等特点。膜生物反应器（MBR）是将微滤或超滤膜分离技术与传统生物处理法有机结合而成的新型污水处理工艺，具有占地面积小、出水水质好以及抗冲击负荷能力强等特点，在污水处理及回用中发挥着越来越重要的作用。同时，这些特点也决定了其适用于海上特殊工况，可以在海上油田生活污水处理方面起到重要作用。
1 海上油田生活污水产排特点
由于海上平台卫生系统排泄周期比较短，因而排放的污水比陆地城市排水系统更为新鲜（分解较少），即含有更高的污染负荷。另外，由于海上平台的人员数量和生活习性相对固定，日常生活污水的平均水质、水量波动不大。但值得关注的是，由于不同时间段的用水量变化，即用水高峰期的存在，造成海上生活污水排放的瞬时波动较大，进而对生活污水处理装置造成冲击。
1. 1 水量特点
海上生产设施生活楼用水时间相对集中，且不同时间段波动性较大。为了解海上生活污水的产排规律，对海上多个生产设施的生活污水装置进行24 h连续监测，不同时间段污水量见表1。
基于平台连续 5 d的日用淡水量和生活污水产生量监测，对各路产水用户（主要包括冲厕黑水、洗涤灰水及厨房灰水）分别进行计量统计，通过分析得出海上生活污水不同来源的排放比例，其中，洗涤灰水约占55%，厨房灰水约占19%，冲厕黑水约占26%。
海上油田生活污水的产排特点为：不同时段的污水产生量波动较大，用水高低峰现象明显存在。生活污水产生量最高峰一般出现在晚上 19：00—21：00；排放平峰期一般集中在10：00和16：00；而在早上06：00、中午12：00和晚上18：00会出现生活污水排放小高峰期。海上生活污水产水来源明确，主要包括冲厕黑水、洗涤灰水和厨房灰水，其中洗涤灰水占比最大，约50%~60%。
1. 2 水质特点
由于平台人员的生活习惯和生活方式与陆地城镇普通用户不同，因此海上生活污水性质与陆地普通市政污水的差异性较大。由于城镇居民生活水平提高、日平均用水量增加、污水进入市政污水厂前停留时间较长等原因，相较于海上生活污水，市政生活污水的COD负荷偏低，因此这也决定了海上生活污水的处理不能照搬普通市政污水处理工艺，需在其基础上改进完善。陆地市政生活污水与海上平台（以渤海某淡水冲厕平台为例）的生活污水水质对比情况见表2。
目前，部分海上油田的生活污水处理装置存在易污堵、维护频繁以及长周期稳定运行困难等问题。基于这些问题，结合海上油田污水的产排特点，笔者研究开发了一种新型的海上油田生活污水一体化处理装置，该装置优化集成了预处理、厌氧、好氧及 MBR 等技术，具有防污堵、现场维护工作量小并可实现出水水质长周期稳定达标等特点。该装置出水符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T 18920—2002）冲厕回用的要求，可以用于平台生活楼冲厕，节约水资源；同时实现生活污水处理装置零排放，体现海上石油生产环保至上的理念。
2 试验装置与方法
2. 1 一体化处理装置工艺流程
将海上油田生活污水一体化处理装置应用于渤海某平台，处理流程见图 1。
该装置主体结构的材质为碳钢防腐，处理量为 40 m3/d，水力停留时间（HRT）约为 9 h，生化池（包括水解酸化池与接触氧化池两部分）采用组合填料，即塑料环骨架负载维纶丝，接触面积大，易生膜、换膜。膜池选用增强型亲水性聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜组件，膜孔径为0. 05 μm。
2. 2 主要构筑物、设备及参数
黑水收集池：2 100 mm×850 mm×2 100 mm，收集池利用沉淀和厌氧发酵的原理，可去除大多数的悬浮物，处理后水溢流到调节池。
撇油池：1 700 mm×850 mm×2 100 mm，可分离厨房出水中的悬浮油，处理后水溢流到调节池。
调节池：2 450 mm×850 mm×2 100 mm，收集池、撇油池出水与洗涤灰水在此混合，以调节水质、均化水量，调节池污水经过提升泵进入生化池中的水解酸化池。
生化池：3 500 mm×1 400 mm×2 100 mm，罐体内部分隔为水解酸化池及接触氧化池两部分，水解酸化池可将污水中的大分子有机物降解成小分子有机物、非溶解性有机物转变为溶解性有机物，提高污水的可生化性；接触氧化池中的好氧微生物在填料上挂膜，组合填料填充率为70%。
膜池：2 800 mm×1 200 mm×2 100 mm，浸入式MBR 膜组件 3 组，每组装 10 束中空纤维膜，每套膜架尺寸约 900 mm×740 mm×1 550 mm，最大处理量为 3 m3/h。抽吸泵采用一用一备，Q=3 m3/h，H=10m，N=0. 25 kW。活性污泥浓度（MLSS）约为 3 000~5 000 mg/L，溶解氧（DO）为 2~5 mg/L，污泥 COD 负荷约为1. 5 kg/（kg·d），污泥龄超过30 d。
2. 3 试验方法
该装置的进水为渤海某平台生活污水，其 COD约为 600~800 mg/L，BOD5约为 300~400 mg/L，TN 约为 45~60 mg/L，NH4+-N 约为 25~40 mg/L，所有水质指标均采用国家标准方法进行测定。装置运行期间，每天取样 3 次，分别为早上 08：00、中午 12：00、晚上 19：00。从挂膜启动到整个系统稳定运行共24 d，跟踪运行150 d，共取样500 余个。
3 结果与讨论
3. 1 生化系统调试
生化系统的初期调试阶段对接触氧化填料采用自然挂膜方式，即以原水加营养盐闷曝的方式进行挂膜启动。对膜池活性污泥采用间歇培养方式，即开始时将冲厕黑水与灰水以 1∶1 进入生活污水处理装置，然后按照C∶N∶P=100∶5∶1的比例投加工业葡萄糖、尿素及磷肥，闷曝 48 h，第 3 天取样发现模糊的活性污泥绒絮后，停止曝气，使膜池静止沉淀 2 h 后排放上清液，排放的上清液约占总体积的 60%~70%。从停止曝气进行沉淀到重新曝气的间隔时间为3 h，然后再加入生活污水，继续闷曝，这样循环下去，共持续约3周，直至SV30达到30%。
在生化系统的培养阶段每天取样镜检，图 2 为进水及膜池上清液中COD的变化。
一体化生活污水处理装置调试阶段进水及膜池上清液中NH4+-N的变化如图3所示。
活性污泥中的微生物在培养过程中要经历适应期、对数增长期、减速增长期以及内源代谢期，每个阶段微生物的种类呈现不同的比例。在调试初期能看到大量的肉足虫和鞭毛虫类；在调试半个月左右发现固着型纤毛虫，并且水质开始稳定变好；调试第 20 天左右，镜检发现大量钟虫和轮虫，COD与 NH4+-N 去除率达到 75%~80%，活性污泥系统已经成熟且出水水质实现长周期稳定达标，标志着生化系统挂膜启动成功。
原标题：海上油田生活污水一体化处理装置应用研究
原作者：张子臣 陈袁袁 张 喦 国 健
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