隨著人們對海洋環境保護意識的日益增強，海上采油平臺生活污水的處理和排放水質要求也相應提高，生活污水處理裝置由WCB 型向MBR 型〔1〕升級改造。筆者結合渤海某平臺MBR 生活污水處理系統改造的實例，介紹了膜生物技術在海上采油平臺生活污水處理上的應用，處理后的各項指標均能夠滿足排放或回注標準，為海上平臺污水處理系統升級提供了經驗參考。
1 平臺生活污水水質分析
一般平臺生活污水又可分為糞便污染污水和非糞便污染污水，糞便污水連同醫務室的排水被定義為生活污水即黑水，非糞便污染污水稱為灰水，包括廚房、洗浴和洗滌等污水。廚房生活污水主要為做飯洗滌用水，有機物含量豐富，可生化降解的成分較多，可生化性較好，但含有需要去除的油脂。洗浴污水水量大、污染輕、水質穩定，洗浴污水的濁度較高，嗅味為洗浴用品的芳香，污染參數包括：陰離子洗滌劑、濁度、COD〔2〕、BOD、細菌總數和大腸菌群等。洗滌污水中含有表面活性劑、三聚磷酸鈉、羧甲基纖維素、油污、塵土顆粒以及各種微生物等，外觀渾濁，COD 高，pH 為6.5～7.5，懸浮物含量較高。沖廁污水的主要污染物是糞便，以天然大分子物質為主體，有機污染物濃度高、氨氮濃度高和懸浮物濃度高。沖廁污水的COD 與BOD5呈顯著相關性，為生化微生物提供大量營養源，可生化性較好。
2 平臺原有生活污水處理流程問題分析
海上大多數平臺的生活污水處理流程采用老式“WCB 型裝置”處理，只是對平臺黑水進行生化-沉淀的處理，灰水與經過處理的黑水經過混合消毒后排放。處理后的污水所含有機污染物和陽離子表面活性劑較多，達不到新的排放標準，會對海洋環境造成污染。“WCB 型處理裝置”以好氧生物處理為主，能夠對黑水中各類有機污染物進行較好的好氧生化處理；但對污水中的氨、氮、磷等污染物的去除效果甚微，造成了排放污水中無機氮、磷酸鹽等污染物含量較高。海上采油平臺一般均采用海水沖廁，渤海海水含鹽量約23～31 g/L。一般好氧菌種耐受污水中含鹽量的范圍為2～3 g/L，高含鹽量會抑制好氧菌種的代謝能力和繁殖能力，好氧菌種在數量上的減少直接影響處理系統的出水水質。
3 海上平臺膜生物處理工藝簡介
膜生物反應器（MBR）是生物處理與膜分離結合而成的一種高效污水處理新工藝。其工作原理是利用反應器的好氧微生物降解污水中的有機污染物，同時利用反應器內硝化細菌〔3〕消耗氨氮以除去異味，該工藝通過膜分離技術大大強化了生物反應器的功能。為適應空間狹小和滿足處理設備集成化自動化的要求，海上采油平臺選用了生物處理和膜分離技術相結合的一體化A/O 膜生物反應器〔4〕。
渤海某平臺MBR 膜生物處理工藝流程的處理設備包括初塵池、總調節池、水解酸化池、接觸氧化池、MBR 池、回注回用池、灰水調節池、沖廁回用池、污泥濃縮池等各1 座。這些處理池充分利用平臺現有空間，集成設計壓縮空間而又能確保處理功效，通過高度自動化實現處理流程自動平穩運行。該生活污水改造使用的是山東金昊三揚環保機械股份有限公司生產的MBR 膜生物反應器，其中采用的膜材質為聚偏氟乙烯（PVDF），膜孔直徑≤0.1 μm，耐酸耐堿性強（pH 為2~12），外徑為450 μm，膜壁厚為40~45 μm，透氣率≥0.7 mm/s，孔隙率為40%~50%，凈化水濁度≤0.2 NTU。
平臺黑水與灰水是分流的，洗浴灰水單獨引流進入灰水調節池曝氣預處理，經過灰水提升泵以1 m3/h 的流速提升進入毛發過濾器去除洗浴水中的毛發等雜物，再經過精細過濾器去除水中懸浮物流入沖廁回用池儲存，沖廁回用泵將回用池的水以恒壓（0.36 MPa）的方式供給生活樓進行沖廁使用。
黑水與其他灰水通過兩路管線進入污水深度處理系統，首先黑水流入初沉池，截留部分較大塊的糞便及部分雜質后，流入調節池與經過隔油池預處理的灰水混合，調節池容積約8 m3，用于調節來水高峰與低峰的水量變化。通過曝氣均質，由污水提升泵以1.3 m3/h 的流速提升進入水解酸化池（缺氧區）。缺氧區設有間歇曝氣裝置，保證了混合液在該區內的充分混合，保持懸浮狀態不會沉淀。在缺氧區內，大分子量長鏈有機物分解為易生化的小分子有機物。污水在缺氧池內的水力停留時間為4～6 h，然后溢流進入生物接觸氧化池（好氧區）水力停留4～6 h。好氧池底鋪設有曝氣裝置不間斷進行曝氣，為微生物提供氧，污水在此池內進行有機物生化降解，去除水中的BOD5和COD。其中好氧區為硝化池，缺氧區為反硝化池，因此系統具有硝化和反硝化作用，提高了系統脫氮除磷〔5〕的能力。
好氧區末端為膜分離區簡稱膜區，膜區內MBR膜件下部設置有間歇式的曝氣裝置，定時吹掃抖動膜片，以緩解MBR 膜周邊的污泥累積，又為繼續在該段進行生物降解的生物提供所需的氧氣。處理后的污水經MBR 膜分離后，由產水泵以1.35 m3/h 的流速排出至回注回用池用于回用沖廁及回注。該系統設計了水反洗功能，能夠通過反洗恢復膜的再生能力〔6〕；在線化學反洗功能是通過添加檸檬酸或二氧化氯等藥劑恢復膜的過濾功能。
4 膜生物反應器處理效果跟蹤
該平臺對生活污水處理系統進行MBR 改造升級后，通過設備電伴熱系統對水溫等參數調節，發現水溫需控制在15~35 ℃之間較為合理。極限值為低溫5 ℃，高溫40 ℃，超出極限值生物菌種將會出現3~5 d 內全部死亡的現象。經過20 多天的調試，各項實驗數據如表 1 所示。
表 1 生活污水膜生物反應器處理效果
膜的強化截留作用使膜生物反應器具有很高的固液分離效果。膜的強化截留作用及系統采用較長的活性污泥停留時間，有利于增殖緩慢的硝化細菌的截留、生長和繁殖，使得系統的硝化效率得以增強，提高了對氨氮的去除率。SRB（硫酸鹽還原菌） 大小為1.7～2.0 μm，TGB （ 腐生菌） 大小為7～20 μm，FeB（鐵細菌）大小為0.7~1.0 μm，該裝置使用中空纖維膜的孔徑在0.1 μm 左右，所以對上述細菌具有較高的去除率。進水中的混濁主要是由于其中的懸浮物與膠體物質引起的，通過生物反應器中的微生物降解和膜的強化截留作用，出水中的此類物質含量已經大大降低，出水的濁度很低，一般穩定在4.0 NTU 以下，外觀上清澈透明，已無明顯異味。
污水中的細菌和病毒主要來自平臺人員的排泄物，是影響公共健康的重要因素，其中大腸桿菌數量最多，易于鑒別，且其抗氯消毒性大于傷寒沙門氏和痢疾桿菌等腸道傳染病菌，常用作水質的衛生學指標。通過膜的直接過濾以及過濾過程中膜面形成的凝膠層，起到了減小膜孔徑的作用，能夠進一步提高對細菌和病毒的去除效果。
MBR 處理后的生活污水各項指標均能夠達到《海洋石油勘探開發污染物排放濃度限制》（GB4914—2008）、《污水海洋處置工程污染控制標準》（GB 18486—2001）和《碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法》（SY/T 5329—2012）等國標的排放或回注〔8〕要求。具體參見https://www.dowater.com更多相關技術文檔。
5 結論
渤海某平臺采用膜生物反應器技術對現有生活污水處理裝置進行升級改造，處理后的COD 等各項指標符合國家排放或回注標準，處理后的生活污水既可以排放又可以回注地層，成功實現了生活污水的零排放。膜生物反應器技術的成功應用開拓了海上采油平臺生活污水處理的新篇章，為海上采油平臺污水處理系統改造指明了方向。
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