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钻井平台生活污水处理MBR技术

发布时间:2021-4-29 8:31:09  中国污水处理工程网

  膜生物反应器(MBR)是膜分离技术和生物处理技术(传统的活性污泥法)相结合的一种高效污水处理新工艺。该工艺技术具有生化效率高,占用空间小,抗负荷冲击能力强,出水稳定,排污泥周期长,自动化程度高等优点。目前该技术大量应用于新建的各类钻井平台或船舶上,具有广阔的应用前景。

  中油海16钻井平台配置了一套EVAC真空集污和MBR处理系统,用于收集和处理平台生活区的黑水和灰水。下面将综述这套系统在中油海16钻井平台生活污水处理上的应用。

  一、海上生活污水危害

  海上钻井平台或船舶的含有大量有机物和营养盐的生活污水,未经处理流入海洋水环境中,会导致海洋污染。造成水中营养过剩,藻类等微生物过度生长和繁殖,进而导致水中溶解氧含量不够,水中的鱼类等需氧生物窒息而死。生活污水的任意排放不但会给水环境造成破坏,更会给当地人们的经济生活和身体健康带来危害。含有大量致病菌的污水如果直接进入饮用水源,将会对人的消化系统造成伤害。同时藻类过分生长,释放出来的毒素通过食物链进入到人的身体里,逐渐累积也会对人造成伤害。

  频发的海难事故造成的海洋污染后果,不断警醒着人们有效减少对海洋的伤害或防止海洋污染。

  二、海上生活污水处理系统分类

  根据MARPOL公约附则IV规定,自2008年9月27日起,400总吨以上或载运15人以上的国际航行船舶都要配备生活污水处理系统,系统共分三类:

  (1)集污舱系统:参考船舶营运情况、船上人数等因素,存放全部生活污水;在距最近陆地12海里以外,可以不低于4节的航速,采用适当的速率排放污水(最近陆地系指根据国际法规划定的领海基线)。

  (2)粉碎消毒系统:获得主管机关型式认可,在船舶距最近陆地不到3海里时可临时存放生活污水;在距最近陆地3海里以外时,可以排放业已粉碎和消毒的生活污水,或者在距最近陆地12海里以外时直接排放未经处理的生活污水。

  (3)生活污水处理装置:获得主管机关型式认可,符合IMO制定的处理标准和试验方法,排放水质符合MEPC.159(55)决议的规定,即从2010年1月1日开始执行的生活污水处理装置排放新标准。

  在三类生活污水处理系统中,集污舱系统和粉碎消毒系统结构简单,适用范围小。生活污水处理装置技术性强、适用范围广,是生活污水处理系统研究的主要对象。国际船舶生活污水处理系统优选方法的研究与应用上普遍认为,直接在船上处理生活污水,也就是将污染消除在船上是技术发展的主流趋势。这就要求开发性能可靠、操作简单方便的生活污水处理装置。

  三、生活污水排放标准

  钻井平台的生活污水指:不仅含有有机物和矿物质,而且还含有大量的细菌、寄生虫,有时还含有危害人体和水生物的病毒,如不经过任何处理而将其排放,就可能造成周围水域的污染。因此,生活污水需经过生活污水处理装置处理达标后排放。

  生活污水污染负荷的衡量指标主要包括BOD5(5天生物需氧量)、SS(悬浮固体)、COD(化学需氧量)、大肠杆菌和pH值等。按照IMO的MEPC.159(55)决议的规定,从2010年1月1日开始执行的生活污水处理装置排放新标准,如表1所示。

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  四、生活污水处理技术类型

  为了达到国际公约和相关规定中生活污水的排放标准的要求,钻井平台的生活污水必须经过处理后才能按规定排放。根据处理的方式,通常采用的方式:生物化学法、物理化学法、电化学法。近年来,膜生物反应器(MBR)的处理工艺的新技术开辟了生活污水处理技术研究和应用的新领域。以下对四中处理方法进行比较,见表2。

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  为了满足现在和将来不断提高的生活污水排放标准,经综合方案比较,中油海16钻井平台设计采纳EVAC公司生产的膜生物反应器法MBR120C污水处理装置进行对平台生活污水进行处理。

  五、MBR生活污水处理装置

  1、MBR生活污水处理装置的MBR原理

  膜生物反应器(MBR)是生物反应器和膜分离技术有机结合产生的高效处理新工艺,可以有效地提高出水水质,特别是悬浮固体,细菌和病毒的去除非常显著。采用膜组件代替传统生物处理中的二沉池,污水中的污染物首先在生物反应器中进行生物降解,同时生物反应器内的混合液在膜两侧压力差的作用下,水和小于膜孔径的小分子溶质透过膜,即为处理后的出水。微生物及大分子溶质被膜截留,从而替代沉淀池完成其与处理出水的分离过程。

  按照膜组件和生物反应器相对位置分为一体式膜生物反应器和外置式膜生物反应器。应用于MBR工艺的膜可以是微滤膜(MF)或超滤膜(UF)。膜按材质来分为有机膜和无机膜两大类。中油海16平台EVAC生活污水处理装置的MBR平片膜组件置于曝气室中(一体式膜生物反应器),经过好氧曝气和生物处理过的水,由泵通过滤膜过滤后抽出排放。超滤膜分离出直径大约为0.01~0.1pm的组分或微粒等。

  2、MBR生活污水处理装置结构组成和性能

  EVAC的MBR120C生活污水处理装置主要包括:平衡柜、膜滤柜、排放柜、喷射泵和喷射器、供给泵、循环泵、膜滤柜排放泵、风机、输送泵、排放柜排放泵和化学加药泵等。

  喷射泵和喷射器用于产生真空。供给泵用于自动将平衡柜中的液体泵至膜滤柜。循环泵用于将膜滤柜底部的固体颗粒(活性污泥)重新抽至膜滤柜顶部喷嘴喷出,弥补膜表面沉积物的冲刷作用。排放泵用于将膜滤柜底部过多的固体颗粒(活性污泥)排放的。曝气风机用于给好氧生物提供氧气。输送泵用于将膜滤柜中的液体泵至排放柜。排放柜排放泵用于排放柜里已处理好的的达标水的排放。化学加药泵主要用于添加化学药剂,主要分加碱泵和除泡泵。

  该处理装置的液力负荷为22.2m3/day,有机负荷为11.1kg/day。经MBR120C处理后,SS为5~2mg/L(去除率为95%),BOD5为7~10mg/L,大肠菌群为5个/100mL,浑浊度为0.4NTU,滤除病原体、细菌和病毒,满足IMO/EU/Alaskan污水排放标准。

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  3、MBR生活污水处理装置的膜污染

  (1)膜污染的定义

  膜污染是指由于膜材料表面具有的高自由能,使得被处理液中的微粒、胶体粒子以及溶质大分子等物质在其表面自发进行物理或者化学吸附,或是悬浮性或可溶性物质等在膜表面或膜孔内部形成的可逆或不可逆的沉积,从而导致了透过的流量大幅度降低,膜的分离性能发生变化。

  膜污染可分为可逆污染和不可逆污染两大类,由于不可逆的吸附、堵塞引起的膜面污染,被称为不可逆污染;由于可逆的浓差极化导致的凝胶层在膜表面的形成,产生的污染,被称为可逆污染。其中不可逆污染不能通过任何方法去除,而可逆污染则可以通过适当的方法进行去除,对于不可逆污染要采取措施避免其发生,对于可逆污染则需要釆取各种修复措施进行定期的检查恢复。

  (2)膜污染的防治

  用于膜污染的防治技术主要可以分为两大类:一是通过改变膜表面液体流动性能,减少凝胶层在膜表面的富集,以减轻浓差极化等可逆膜污染的形成;另一类是通过对膜自身性能的改进,提高膜表面的抗污染能力,从而减小膜表面不可逆污染的形成。

  (3)膜清洗

  用于膜污染的膜生物反应器中膜组件的清洗方法主要以物理清洗法、化学清洗法、微生物清洗法、电化学清洗法和超声清洗法等为主。当膜滤压差TMP值达到200mbar或者250mbar时,EVAC推荐要对膜进行化学清洗。化学清洗法是指清洗的过程中,向清洗液中加入一些有助于清洗的化学药剂(浓度为10%次氯酸钠),借助于化学药剂对沉积层的污染物质的破坏作用,从而去除沉积在膜表面的污染层物质。化学反应具有迅速、高效等特性,所以化学清洗法可以在短时间内高效地去除膜污染,提高膜通量。

  六、MBR生活污水处理装置的选型

  按照每人每天25L黑水的污水量、定员150人计算,液力负荷:150x25=3.75m3/day。按照每人每天45g的黑水有机负荷计算,有机负荷:150x45=6.75kg/day。

  考虑冗余,中油海16依据计算的液力负荷和有机负荷,结合不同类型的MBR型号性能参数,选型了EVACMBR120C型号的生活污水处理装置。该处理装置的液力负荷为22.2m3/day,有机负荷为11.1kg/day,处理水质满足IMO/EU/Alaskan污水排放标准。

  七、注意事项

  (1)MBR120C的膜一旦开启投入使用过,需保持MBR膜浸渍在生活污水里。

  (2)MBR膜的生活污水里避免进入海水,MBR膜避免接触溶剂,如丙酮、芳香剂、石油、卤代炷等。

  (3)MBR膜减少膜污染,定期按规定进行清洗。

  八、结论

  MBR生活污水处理技术在运行稳定性、出水水质、占地面积和抗冲击性等方面,与传统的污水处理技术相比具有明显的领先,成为污水处理发展的新工艺。对于远离陆地、空间紧凑的钻井平台而言,采用MBR新工艺进行污水处理,其技术优势显得尤为明显。MBR在降低膜成本、防止膜污染、膜清洗与再生技术等方面还需人们不断地优化和研发。总之,MBR工艺在污水的处理方面将会发挥重要的作用,并将得到广泛的应用。(来源:中国石油集团海洋工程有限公司钻井事业部)

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