随着人们对海洋环境保护意识的日益增强，海上采油平台生活污水的处理和排放水质要求也相应提高，生活污水处理装置由WCB 型向MBR 型〔1〕升级改造。笔者结合渤海某平台MBR 生活污水处理系统改造的实例，介绍了膜生物技术在海上采油平台生活污水处理上的应用，处理后的各项指标均能够满足排放或回注标准，为海上平台污水处理系统升级提供了经验参考。
1 平台生活污水水质分析
一般平台生活污水又可分为粪便污染污水和非粪便污染污水，粪便污水连同医务室的排水被定义为生活污水即黑水，非粪便污染污水称为灰水，包括厨房、洗浴和洗涤等污水。厨房生活污水主要为做饭洗涤用水，有机物含量丰富，可生化降解的成分较多，可生化性较好，但含有需要去除的油脂。洗浴污水水量大、污染轻、水质稳定，洗浴污水的浊度较高，嗅味为洗浴用品的芳香，污染参数包括：阴离子洗涤剂、浊度、COD〔2〕、BOD、细菌总数和大肠菌群等。洗涤污水中含有表面活性剂、三聚磷酸钠、羧甲基纤维素、油污、尘土颗粒以及各种微生物等，外观浑浊，COD 高，pH 为6.5～7.5，悬浮物含量较高。冲厕污水的主要污染物是粪便，以天然大分子物质为主体，有机污染物浓度高、氨氮浓度高和悬浮物浓度高。冲厕污水的COD 与BOD5呈显著相关性，为生化微生物提供大量营养源，可生化性较好。
2 平台原有生活污水处理流程问题分析
海上大多数平台的生活污水处理流程采用老式“WCB 型装置”处理，只是对平台黑水进行生化-沉淀的处理，灰水与经过处理的黑水经过混合消毒后排放。处理后的污水所含有机污染物和阳离子表面活性剂较多，达不到新的排放标准，会对海洋环境造成污染。“WCB 型处理装置”以好氧生物处理为主，能够对黑水中各类有机污染物进行较好的好氧生化处理；但对污水中的氨、氮、磷等污染物的去除效果甚微，造成了排放污水中无机氮、磷酸盐等污染物含量较高。海上采油平台一般均采用海水冲厕，渤海海水含盐量约23～31 g/L。一般好氧菌种耐受污水中含盐量的范围为2～3 g/L，高含盐量会抑制好氧菌种的代谢能力和繁殖能力，好氧菌种在数量上的减少直接影响处理系统的出水水质。
3 海上平台膜生物处理工艺简介
膜生物反应器（MBR）是生物处理与膜分离结合而成的一种高效污水处理新工艺。其工作原理是利用反应器的好氧微生物降解污水中的有机污染物，同时利用反应器内硝化细菌〔3〕消耗氨氮以除去异味，该工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能。为适应空间狭小和满足处理设备集成化自动化的要求，海上采油平台选用了生物处理和膜分离技术相结合的一体化A/O 膜生物反应器〔4〕。
渤海某平台MBR 膜生物处理工艺流程的处理设备包括初尘池、总调节池、水解酸化池、接触氧化池、MBR 池、回注回用池、灰水调节池、冲厕回用池、污泥浓缩池等各1 座。这些处理池充分利用平台现有空间，集成设计压缩空间而又能确保处理功效，通过高度自动化实现处理流程自动平稳运行。该生活污水改造使用的是山东金昊三扬环保机械股份有限公司生产的MBR 膜生物反应器，其中采用的膜材质为聚偏氟乙烯（PVDF），膜孔直径≤0.1 μm，耐酸耐碱性强（pH 为2～12），外径为450 μm，膜壁厚为40～45 μm，透气率≥0.7 mm/s，孔隙率为40%～50%，净化水浊度≤0.2 NTU。
平台黑水与灰水是分流的，洗浴灰水单独引流进入灰水调节池曝气预处理，经过灰水提升泵以1 m3/h 的流速提升进入毛发过滤器去除洗浴水中的毛发等杂物，再经过精细过滤器去除水中悬浮物流入冲厕回用池储存，冲厕回用泵将回用池的水以恒压（0.36 MPa）的方式供给生活楼进行冲厕使用。
黑水与其他灰水通过两路管线进入污水深度处理系统，首先黑水流入初沉池，截留部分较大块的粪便及部分杂质后，流入调节池与经过隔油池预处理的灰水混合，调节池容积约8 m3，用于调节来水高峰与低峰的水量变化。通过曝气均质，由污水提升泵以1.3 m3/h 的流速提升进入水解酸化池（缺氧区）。缺氧区设有间歇曝气装置，保证了混合液在该区内的充分混合，保持悬浮状态不会沉淀。在缺氧区内，大分子量长链有机物分解为易生化的小分子有机物。污水在缺氧池内的水力停留时间为4～6 h，然后溢流进入生物接触氧化池（好氧区）水力停留4～6 h。好氧池底铺设有曝气装置不间断进行曝气，为微生物提供氧，污水在此池内进行有机物生化降解，去除水中的BOD5和COD。其中好氧区为硝化池，缺氧区为反硝化池，因此系统具有硝化和反硝化作用，提高了系统脱氮除磷〔5〕的能力。
好氧区末端为膜分离区简称膜区，膜区内MBR膜件下部设置有间歇式的曝气装置，定时吹扫抖动膜片，以缓解MBR 膜周边的污泥累积，又为继续在该段进行生物降解的生物提供所需的氧气。处理后的污水经MBR 膜分离后，由产水泵以1.35 m3/h 的流速排出至回注回用池用于回用冲厕及回注。该系统设计了水反洗功能，能够通过反洗恢复膜的再生能力〔6〕；在线化学反洗功能是通过添加柠檬酸或二氧化氯等药剂恢复膜的过滤功能。
4 膜生物反应器处理效果跟踪
该平台对生活污水处理系统进行MBR 改造升级后，通过设备电伴热系统对水温等参数调节，发现水温需控制在15～35 ℃之间较为合理。极限值为低温5 ℃，高温40 ℃，超出极限值生物菌种将会出现3～5 d 内全部死亡的现象。经过20 多天的调试，各项实验数据如表 1 所示。
表 1 生活污水膜生物反应器处理效果
由表 1 可见，膜生物反应器技术对污水处理效果很显著。对有机物的去除主要有两个方面，一是膜生物反应器存在着的大量的微生物，是普通活性污泥〔7〕浓度的3～6 倍，通过厌养菌的生物代谢去除溶解性的COD；另一方面是膜对有机大分子物质的截留作用，延长了与微生物接触反应时间，并有助于某些专用微生物的培养驯化，提高了对有机物的去除效率。
膜的强化截留作用使膜生物反应器具有很高的固液分离效果。膜的强化截留作用及系统采用较长的活性污泥停留时间，有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖，使得系统的硝化效率得以增强，提高了对氨氮的去除率。SRB（硫酸盐还原菌） 大小为1.7～2.0 μm，TGB （ 腐生菌） 大小为7～20 μm，FeB（铁细菌）大小为0.7～1.0 μm，该装置使用中空纤维膜的孔径在0.1 μm 左右，所以对上述细菌具有较高的去除率。进水中的混浊主要是由于其中的悬浮物与胶体物质引起的，通过生物反应器中的微生物降解和膜的强化截留作用，出水中的此类物质含量已经大大降低，出水的浊度很低，一般稳定在4.0 NTU 以下，外观上清澈透明，已无明显异味。
污水中的细菌和病毒主要来自平台人员的排泄物，是影响公共健康的重要因素，其中大肠杆菌数量最多，易于鉴别，且其抗氯消毒性大于伤寒沙门氏和痢疾杆菌等肠道传染病菌，常用作水质的卫生学指标。通过膜的直接过滤以及过滤过程中膜面形成的凝胶层，起到了减小膜孔径的作用，能够进一步提高对细菌和病毒的去除效果。
MBR 处理后的生活污水各项指标均能够达到《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限制》（GB4914—2008）、《污水海洋处置工程污染控制标准》（GB 18486—2001）和《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》（SY/T 5329—2012）等国标的排放或回注〔8〕要求。。
5 结论
渤海某平台采用膜生物反应器技术对现有生活污水处理装置进行升级改造，处理后的COD 等各项指标符合国家排放或回注标准，处理后的生活污水既可以排放又可以回注地层，成功实现了生活污水的零排放。膜生物反应器技术的成功应用开拓了海上采油平台生活污水处理的新篇章，为海上采油平台污水处理系统改造指明了方向。
