膜生物反應(yīng)器(MBR)是膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)(傳統(tǒng)的活性污泥法)相結(jié)合的一種高效污水處理新工藝。該工藝技術(shù)具有生化效率高，占用空間小，抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，出水穩(wěn)定，排污泥周期長(zhǎng)，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。目前該技術(shù)大量應(yīng)用于新建的各類(lèi)鉆井平臺(tái)或船舶上，具有廣闊的應(yīng)用前景。
中油海16鉆井平臺(tái)配置了一套EVAC真空集污和MBR處理系統(tǒng)，用于收集和處理平臺(tái)生活區(qū)的黑水和灰水。下面將綜述這套系統(tǒng)在中油海16鉆井平臺(tái)生活污水處理上的應(yīng)用。
一、海上生活污水危害
海上鉆井平臺(tái)或船舶的含有大量有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽的生活污水，未經(jīng)處理流入海洋水環(huán)境中，會(huì)導(dǎo)致海洋污染。造成水中營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩，藻類(lèi)等微生物過(guò)度生長(zhǎng)和繁殖，進(jìn)而導(dǎo)致水中溶解氧含量不夠，水中的魚(yú)類(lèi)等需氧生物窒息而死。生活污水的任意排放不但會(huì)給水環(huán)境造成破壞，更會(huì)給當(dāng)?shù)厝藗兊慕?jīng)濟(jì)生活和身體健康帶來(lái)危害。含有大量致病菌的污水如果直接進(jìn)入飲用水源，將會(huì)對(duì)人的消化系統(tǒng)造成傷害。同時(shí)藻類(lèi)過(guò)分生長(zhǎng)，釋放出來(lái)的毒素通過(guò)食物鏈進(jìn)入到人的身體里，逐漸累積也會(huì)對(duì)人造成傷害。
頻發(fā)的海難事故造成的海洋污染后果，不斷警醒著人們有效減少對(duì)海洋的傷害或防止海洋污染。
二、海上生活污水處理系統(tǒng)分類(lèi)
根據(jù)MARPOL公約附則IV規(guī)定，自2008年9月27日起，400總噸以上或載運(yùn)15人以上的國(guó)際航行船舶都要配備生活污水處理系統(tǒng)，系統(tǒng)共分三類(lèi)：
(1)集污艙系統(tǒng)：參考船舶營(yíng)運(yùn)情況、船上人數(shù)等因素，存放全部生活污水;在距最近陸地12海里以外，可以不低于4節(jié)的航速，采用適當(dāng)?shù)乃俾逝欧盼鬯?最近陸地系指根據(jù)國(guó)際法規(guī)劃定的領(lǐng)海基線)。
(2)粉碎消毒系統(tǒng)：獲得主管機(jī)關(guān)型式認(rèn)可，在船舶距最近陸地不到3海里時(shí)可臨時(shí)存放生活污水;在距最近陸地3海里以外時(shí)，可以排放業(yè)已粉碎和消毒的生活污水，或者在距最近陸地12海里以外時(shí)直接排放未經(jīng)處理的生活污水。
(3)生活污水處理裝置：獲得主管機(jī)關(guān)型式認(rèn)可，符合IMO制定的處理標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法，排放水質(zhì)符合MEPC.159(55)決議的規(guī)定，即從2010年1月1日開(kāi)始執(zhí)行的生活污水處理裝置排放新標(biāo)準(zhǔn)。
在三類(lèi)生活污水處理系統(tǒng)中，集污艙系統(tǒng)和粉碎消毒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用范圍小。生活污水處理裝置技術(shù)性強(qiáng)、適用范圍廣，是生活污水處理系統(tǒng)研究的主要對(duì)象。國(guó)際船舶生活污水處理系統(tǒng)優(yōu)選方法的研究與應(yīng)用上普遍認(rèn)為，直接在船上處理生活污水，也就是將污染消除在船上是技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。這就要求開(kāi)發(fā)性能可靠、操作簡(jiǎn)單方便的生活污水處理裝置。
三、生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)
鉆井平臺(tái)的生活污水指：不僅含有有機(jī)物和礦物質(zhì)，而且還含有大量的細(xì)菌、寄生蟲(chóng)，有時(shí)還含有危害人體和水生物的病毒，如不經(jīng)過(guò)任何處理而將其排放，就可能造成周?chē)虻奈廴尽Ｒ虼?，生活污水需?jīng)過(guò)生活污水處理裝置處理達(dá)標(biāo)后排放。
生活污水污染負(fù)荷的衡量指標(biāo)主要包括BOD5(5天生物需氧量)、SS(懸浮固體)、COD(化學(xué)需氧量)、大腸桿菌和pH值等。按照IMO的MEPC.159(55)決議的規(guī)定，從2010年1月1日開(kāi)始執(zhí)行的生活污水處理裝置排放新標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。
四、生活污水處理技術(shù)類(lèi)型
為了達(dá)到國(guó)際公約和相關(guān)規(guī)定中生活污水的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，鉆井平臺(tái)的生活污水必須經(jīng)過(guò)處理后才能按規(guī)定排放。根據(jù)處理的方式，通常采用的方式：生物化學(xué)法、物理化學(xué)法、電化學(xué)法。近年來(lái)，膜生物反應(yīng)器(MBR)的處理工藝的新技術(shù)開(kāi)辟了生活污水處理技術(shù)研究和應(yīng)用的新領(lǐng)域。以下對(duì)四中處理方法進(jìn)行比較，見(jiàn)表2。
為了滿(mǎn)足現(xiàn)在和將來(lái)不斷提高的生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)綜合方案比較，中油海16鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)采納EVAC公司生產(chǎn)的膜生物反應(yīng)器法MBR120C污水處理裝置進(jìn)行對(duì)平臺(tái)生活污水進(jìn)行處理。
五、MBR生活污水處理裝置
1、MBR生活污水處理裝置的MBR原理
膜生物反應(yīng)器(MBR)是生物反應(yīng)器和膜分離技術(shù)有機(jī)結(jié)合產(chǎn)生的高效處理新工藝，可以有效地提高出水水質(zhì)，特別是懸浮固體，細(xì)菌和病毒的去除非常顯著。采用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物處理中的二沉池，污水中的污染物首先在生物反應(yīng)器中進(jìn)行生物降解，同時(shí)生物反應(yīng)器內(nèi)的混合液在膜兩側(cè)壓力差的作用下，水和小于膜孔徑的小分子溶質(zhì)透過(guò)膜，即為處理后的出水。微生物及大分子溶質(zhì)被膜截留，從而替代沉淀池完成其與處理出水的分離過(guò)程。
按照膜組件和生物反應(yīng)器相對(duì)位置分為一體式膜生物反應(yīng)器和外置式膜生物反應(yīng)器。應(yīng)用于MBR工藝的膜可以是微濾膜(MF)或超濾膜(UF)。膜按材質(zhì)來(lái)分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜兩大類(lèi)。中油海16平臺(tái)EVAC生活污水處理裝置的MBR平片膜組件置于曝氣室中(一體式膜生物反應(yīng)器)，經(jīng)過(guò)好氧曝氣和生物處理過(guò)的水，由泵通過(guò)濾膜過(guò)濾后抽出排放。超濾膜分離出直徑大約為0.01~0.1pm的組分或微粒等。
2、MBR生活污水處理裝置結(jié)構(gòu)組成和性能
EVAC的MBR120C生活污水處理裝置主要包括：平衡柜、膜濾柜、排放柜、噴射泵和噴射器、供給泵、循環(huán)泵、膜濾柜排放泵、風(fēng)機(jī)、輸送泵、排放柜排放泵和化學(xué)加藥泵等。
噴射泵和噴射器用于產(chǎn)生真空。供給泵用于自動(dòng)將平衡柜中的液體泵至膜濾柜。循環(huán)泵用于將膜濾柜底部的固體顆粒(活性污泥)重新抽至膜濾柜頂部噴嘴噴出，彌補(bǔ)膜表面沉積物的沖刷作用。排放泵用于將膜濾柜底部過(guò)多的固體顆粒(活性污泥)排放的。曝氣風(fēng)機(jī)用于給好氧生物提供氧氣。輸送泵用于將膜濾柜中的液體泵至排放柜。排放柜排放泵用于排放柜里已處理好的的達(dá)標(biāo)水的排放?；瘜W(xué)加藥泵主要用于添加化學(xué)藥劑，主要分加堿泵和除泡泵。
該處理裝置的液力負(fù)荷為22.2m3/day，有機(jī)負(fù)荷為11.1kg/day。經(jīng)MBR120C處理后，SS為5~2mg/L(去除率為95%)，BOD5為7~10mg/L，大腸菌群為5個(gè)/100mL，渾濁度為0.4NTU，濾除病原體、細(xì)菌和病毒，滿(mǎn)足IMO/EU/Alaskan污水排放標(biāo)準(zhǔn)。
3、MBR生活污水處理裝置的膜污染
(1)膜污染的定義
膜污染是指由于膜材料表面具有的高自由能，使得被處理液中的微粒、膠體粒子以及溶質(zhì)大分子等物質(zhì)在其表面自發(fā)進(jìn)行物理或者化學(xué)吸附，或是懸浮性或可溶性物質(zhì)等在膜表面或膜孔內(nèi)部形成的可逆或不可逆的沉積，從而導(dǎo)致了透過(guò)的流量大幅度降低，膜的分離性能發(fā)生變化。
膜污染可分為可逆污染和不可逆污染兩大類(lèi)，由于不可逆的吸附、堵塞引起的膜面污染，被稱(chēng)為不可逆污染;由于可逆的濃差極化導(dǎo)致的凝膠層在膜表面的形成，產(chǎn)生的污染，被稱(chēng)為可逆污染。其中不可逆污染不能通過(guò)任何方法去除，而可逆污染則可以通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行去除，對(duì)于不可逆污染要采取措施避免其發(fā)生，對(duì)于可逆污染則需要釆取各種修復(fù)措施進(jìn)行定期的檢查恢復(fù)。
(2)膜污染的防治
用于膜污染的防治技術(shù)主要可以分為兩大類(lèi)：一是通過(guò)改變膜表面液體流動(dòng)性能，減少凝膠層在膜表面的富集，以減輕濃差極化等可逆膜污染的形成;另一類(lèi)是通過(guò)對(duì)膜自身性能的改進(jìn)，提高膜表面的抗污染能力，從而減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應(yīng)器中膜組件的清洗方法主要以物理清洗法、化學(xué)清洗法、微生物清洗法、電化學(xué)清洗法和超聲清洗法等為主。當(dāng)膜濾壓差TMP值達(dá)到200mbar或者250mbar時(shí)，EVAC推薦要對(duì)膜進(jìn)行化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗法是指清洗的過(guò)程中，向清洗液中加入一些有助于清洗的化學(xué)藥劑(濃度為10%次氯酸鈉)，借助于化學(xué)藥劑對(duì)沉積層的污染物質(zhì)的破壞作用，從而去除沉積在膜表面的污染層物質(zhì)?；瘜W(xué)反應(yīng)具有迅速、高效等特性，所以化學(xué)清洗法可以在短時(shí)間內(nèi)高效地去除膜污染，提高膜通量。
六、MBR生活污水處理裝置的選型
按照每人每天25L黑水的污水量、定員150人計(jì)算，液力負(fù)荷：150x25=3.75m3/day。按照每人每天45g的黑水有機(jī)負(fù)荷計(jì)算，有機(jī)負(fù)荷：150x45=6.75kg/day。
考慮冗余，中油海16依據(jù)計(jì)算的液力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷，結(jié)合不同類(lèi)型的MBR型號(hào)性能參數(shù)，選型了EVACMBR120C型號(hào)的生活污水處理裝置。該處理裝置的液力負(fù)荷為22.2m3/day，有機(jī)負(fù)荷為11.1kg/day，處理水質(zhì)滿(mǎn)足IMO/EU/Alaskan污水排放標(biāo)準(zhǔn)。
七、注意事項(xiàng)
(1)MBR120C的膜一旦開(kāi)啟投入使用過(guò)，需保持MBR膜浸漬在生活污水里。
(2)MBR膜的生活污水里避免進(jìn)入海水，MBR膜避免接觸溶劑，如丙酮、芳香劑、石油、鹵代炷等。
(3)MBR膜減少膜污染，定期按規(guī)定進(jìn)行清洗。
八、結(jié)論
MBR生活污水處理技術(shù)在運(yùn)行穩(wěn)定性、出水水質(zhì)、占地面積和抗沖擊性等方面，與傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)相比具有明顯的領(lǐng)先，成為污水處理發(fā)展的新工藝。對(duì)于遠(yuǎn)離陸地、空間緊湊的鉆井平臺(tái)而言，采用MBR新工藝進(jìn)行污水處理，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯得尤為明顯。MBR在降低膜成本、防止膜污染、膜清洗與再生技術(shù)等方面還需人們不斷地優(yōu)化和研發(fā)。總之，MBR工藝在污水的處理方面將會(huì)發(fā)揮重要的作用，并將得到廣泛的應(yīng)用。( >
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