王文光 黃 巖 曲兆光 劉春雨 錢(qián) 欣 萬(wàn)宇飛

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 天津 300459)

隨著海上油田的開(kāi)發(fā)，海洋平臺(tái)上生活污水的處理問(wèn)題日益突顯，海洋環(huán)境的污染問(wèn)題也越來(lái)越受到重視[1-2]。海上平臺(tái)生活污水可以分為“灰水”和“黑水” 2種類型，其中日常洗浴污水、地面沖洗水以及廚房、洗衣間排水等為灰水；來(lái)自衛(wèi)生間大便器、小便器及醫(yī)務(wù)室排水為黑水[3]。

目前生活污水的處理方法主要有物理化學(xué)法、生物化學(xué)法、電解法和生物膜法等[4]。其中，物理化學(xué)法所需的消毒藥劑量大、處理設(shè)備尺寸大，因而逐漸被生物化學(xué)法和電解法所替代。生物化學(xué)法初始投資較少，運(yùn)行費(fèi)用低，但處理裝置的日常運(yùn)行、維護(hù)較為復(fù)雜。電解法處理裝置體積較小，電解產(chǎn)生的離子可以起到消毒殺菌的作用，不需要添加消毒藥劑，而且可以處理的生活污水種類多，處理裝置可以隨時(shí)啟停、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單[5]，在海上平臺(tái)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。生物膜法是一種生物化學(xué)法與膜分離法相結(jié)合的處理技術(shù)[6]，目前在陸上油田應(yīng)用效果較好[7]，在海洋平臺(tái)上也已經(jīng)開(kāi)展應(yīng)用，并取得了良好的效果。

目前海洋平臺(tái)生活污水的常見(jiàn)處理流程是灰水經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單過(guò)濾后，與黑水一起進(jìn)入生活污水處理裝置，處理達(dá)到所屬海域的排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行排放[8]。由于灰水在生活污水中所占的比例較大，為減少生活污水的排放量，部分有注水需求的油田將處理合格后的灰水回注地層[9-10]。但黑水的COD(Chemical Oxygen Demand)和固體懸浮物含量較高，常規(guī)處理較難達(dá)到注水水質(zhì)要求，因此目前多數(shù)海洋平臺(tái)仍將處理達(dá)標(biāo)后的黑水進(jìn)行排放。

雖然目前的處理流程符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，但海洋環(huán)境問(wèn)題促使環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，2013年國(guó)家海洋局發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)海洋工程建設(shè)項(xiàng)目和區(qū)域建設(shè)用海規(guī)劃環(huán)境保護(hù)有關(guān)工作的通知》，明確指出要重點(diǎn)監(jiān)督和監(jiān)測(cè)海洋工程建設(shè)項(xiàng)目零污染措施，而只有實(shí)現(xiàn)“零排放”才能從源頭上真正實(shí)現(xiàn)“零污染”，尤其部分油田需要在海洋環(huán)境敏感區(qū)域進(jìn)行開(kāi)發(fā)，因此探索實(shí)現(xiàn)海洋平臺(tái)生活污水“零排放”的工藝和技術(shù)刻不容緩。本文提出了一種適用于海洋平臺(tái)的生活污水循環(huán)利用工藝流程，并在渤海油田得以應(yīng)用，實(shí)際運(yùn)行效果良好。

1 海洋平臺(tái)生活污水循環(huán)利用工藝流程設(shè)計(jì)

1.1 工藝流程

為解決黑水的排放問(wèn)題，本文提出在進(jìn)行海洋平臺(tái)生活污水處理流程設(shè)計(jì)時(shí)采用生活污水循環(huán)利用的理念，先將黑水處理達(dá)到中水的水質(zhì)指標(biāo)，然后回用沖廁，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用(圖1)。

圖1 海洋平臺(tái)生活污水循環(huán)利用工藝流程Fig.1 Recycling utilization process of sewage on offshore platforms

首先，黑水經(jīng)過(guò)管道破碎機(jī)進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器進(jìn)行預(yù)處理，反應(yīng)器內(nèi)部采用上下垂直折流的流動(dòng)方式，提高了黑水與厭氧菌的接觸面積，可以將大分子和難降解的有機(jī)物酸化和水解。然后，黑水進(jìn)入生物膜反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有超濾膜組及填料并分為若干個(gè)區(qū)域，底部設(shè)有曝氣裝置，污水在氣流推動(dòng)下在不同區(qū)域間循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)同步脫碳、脫氮和除磷，有機(jī)物分解為CO2和H2O，污泥經(jīng)過(guò)超濾膜過(guò)濾后與污水分離[6]。分離出的水進(jìn)入微電解裝置進(jìn)行進(jìn)一步處理，微電解池內(nèi)引入具有催化活性的活性炭磺化煤填料(該填料既可作為吸附劑，又可作為三維復(fù)級(jí)電極)，從而形成無(wú)數(shù)的微型電解槽，使被電解物的泳移距離縮短，電解電壓減小，能耗與停留時(shí)間大大降低[11]。微電解能夠有效除去水中的有機(jī)物、氮、磷等污染物[12]，電解產(chǎn)生的強(qiáng)氧化劑還能起到殺菌消毒的作用。經(jīng)“生物膜+微電解”處理后的黑水達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入中水壓力水罐儲(chǔ)存并進(jìn)行回用。黑水中分離出的污泥沉積在設(shè)備底部，可定期清理并運(yùn)回陸地處理。

無(wú)油灰水(洗滌用水等)和含油灰水(廚用水等)分別經(jīng)過(guò)處理和過(guò)濾后進(jìn)入平臺(tái)的開(kāi)排系統(tǒng)，然后進(jìn)入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)，處理合格后用于油田的注水開(kāi)發(fā)。當(dāng)中水壓力水罐中液位下降或中水須更換時(shí)，灰水也進(jìn)入生活污水處理裝置，并與黑水一起處理合格后作為中水使用，最大程度上減少了淡水或海水的用量。

1.2 主要技術(shù)特點(diǎn)

本文提出的海洋平臺(tái)生活污水循環(huán)利用工藝結(jié)合了生物膜和微電解技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)生活污水處理流程的改進(jìn)。與傳統(tǒng)工藝流程相比，本文提出的海洋平臺(tái)生活污水循環(huán)利用工藝主要有以下優(yōu)勢(shì)：

1) 重復(fù)利用生活污水能夠從根本上減少海洋平臺(tái)生活污水的排放量，保護(hù)海洋環(huán)境；

2) 利用中水沖廁可以減少生活樓沖廁的海水使用量，降低海水泵的負(fù)荷；

3) 利用中水取代海水沖廁可以減少管道腐蝕；

4) 生活污水處理后剩余的污泥較少，便于處理和運(yùn)輸。

2 在渤海油田的應(yīng)用

本文提出的海洋平臺(tái)生活污水循環(huán)利用工藝目前已在渤海油田兩座平臺(tái)得到應(yīng)用，設(shè)計(jì)處理規(guī)模均為60人。從A平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果來(lái)看，流程和設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，處理后的生活污水能夠達(dá)到中水回用水質(zhì)要求(表1)[13]，而且平臺(tái)黑水處理合格后，大部分作為中水進(jìn)行了回收利用，但流程中仍然設(shè)置有排?？?，并未完全實(shí)現(xiàn)“零排放”(圖2)。

表1 渤海A平臺(tái)生活污水處理設(shè)備出水水質(zhì)Table 1 Effluent water quality of the sewage treatment equipment of A platform in Bohai sea

圖2 渤海A平臺(tái)生活污水處理流程Fig.2 Process of sewage treatment system of A platform in Bohai sea

B平臺(tái)是渤海油田新建的一座中心處理平臺(tái)，位于生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)。根據(jù)環(huán)保要求，該平臺(tái)生產(chǎn)、生活污水不允許排放，因此對(duì)平臺(tái)生活污水處理工藝進(jìn)行了改進(jìn)(圖 3)。改進(jìn)后的生活污水處理流程中不再設(shè)置排海口，而是設(shè)置一個(gè)污水回收罐，當(dāng)中水須更換或出現(xiàn)應(yīng)急工況時(shí)，可以將中水排入生產(chǎn)污水處理與回注系統(tǒng)，或?qū)⒅兴蛭鬯湃胛鬯厥展?，定期拉回陸地處理?/p>

圖3 渤海B平臺(tái)改進(jìn)后的生活污水處理流程Fig.3 Modified process of sewage treatment system of B platform in Bohai sea

由此可見(jiàn)，本文提出的海洋平臺(tái)生活污水循環(huán)利用流程使海上平臺(tái)生活污水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了真正的“零排放”，能夠充分利用平臺(tái)水資源,減少生活污水排放,保護(hù)環(huán)境，應(yīng)用前景廣闊。

3 結(jié)論

1) 為解決海洋平臺(tái)生活污水處理及利用問(wèn)題，提出了一種適用于海上平臺(tái)生活污水循環(huán)利用工藝流程。該工藝在傳統(tǒng)處理流程的基礎(chǔ)上，結(jié)合“生物膜+微電解”處理技術(shù)，將黑水處理達(dá)到中水指標(biāo)，回用沖廁，有效減少了平臺(tái)上淡水或海水的使用，同時(shí)避免了生活污水外排。

2) 目前該工藝已在渤海油田的2座平臺(tái)得到應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)流程和設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，處理后的水質(zhì)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。改進(jìn)后的工藝流程采用污水回收罐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的排海口，可實(shí)現(xiàn)生活污水“零排放”。