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高校宿舍生活污水处理与回用研究
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-08-16 17:17:23

   [摘 要]以郑州大学新校区为例,针对大学校园中学生宿舍生活污水水量大且未能回收利用的问题,采用A/O-生物接触氧化为主体的水处理工艺对生活污水进行处理, 本文主要采用小试模拟试验的方法对水处理效果进行研究。结果表明,此工艺对生活污水中的COD、NH3-N、TP的平均去除率分别达到了94.32%,71.11%,89.28%,虽出水指标未达到景观回用水标准,但达到了城市杂用水标准。此工艺适合高校环境要求,实现了生活污水中污染物的有效削减,具有一定的实用价值。 

  [关键词]宿舍生活污水;回用;处理工艺;景观用水 

  中图分类号:U664.9+2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)30-0167-03 

  随着我国科学技术和生活质量的不断提高,污水的排放量逐渐增大,有效解决水资源污染和短缺的问题十分必要。在这种情况下,中水开发与回用技术得到了迅速发展,在美国、日本、印度、英国等国家(尤以日本为突出)得到了广泛的应用,对实现水资源可持续利用具有重要意义。在我国高校中,清华大学采用膜生物反应器一体化工艺处理洗浴水,将中水全部用于学生宿舍厕所冲洗,中水回用项目的净效益达到130.41万元。中国石油大学中水回用工程采用MBR工艺,直接经济效益52.50万元[1]。 

  据了解,目前我国高校在校生约为2300万人,以每人每天0.2m3计算,每天中水水源量为460万立方米[1],这些生活污水被排放到城市污水管网经城市污水处理厂集中处理,而校园绿化、学生公寓冲厕等消耗大量自来水,造成能源和资源的浪费,节水型校园数量不足,管理水平和节水效益参差不齐[2]。本研究以郑州大学为例,研究高校宿舍生活污水的水质特征,根据水质特征选取合适的工艺对其进行处理与回用。本研究选取“格栅-初沉池-A/O池-生物接触氧化池-二沉池-表面流人工湿地”新工艺对部分校园宿舍生活污水进行处理,达到城市杂用水及景观回用水标准,作为该校杂用水及景观用水的补充水源,不仅可以减少向排水系统的污水排放量,节省城市排水设施的运行费用及学校缴纳的污水处理费用,而且还可以有效缓解校园供水紧张状况[3],有利于水资源的循环利用,具有重要的经济效益。 

  1 高校生活污水水质分析及工艺选取 

  1.1 高校生活污水水质分析 

  经实地调查,郑大新区在校学生约4万人,每人每天可产生约70L的生活污水,则大约每天可产生生活污水2800m3,学生住宿区分为柳园、荷园、菊园和松园四个园区,柳园有学生1.4万人左右,且柳园部分楼层安装有污水回用装置,将生活污水经过简单处理回用为冲厕所用水,暂不考虑其污水排放情况;其他三个园区约有2.6万人,则每天共可产生生活污水约1800m3,2、7、8月份正常放假,则每年共产生生活污水约50万m3。同时郑州大学新校区的眉湖是该校区的人工湖,面积大,需水量多,若能将校园宿舍生活污水回用于该人工湖,则不但达到了污水的有效回用,还能减少学校眉湖的回用水的费用支出。 

  1.1.1 水质监测指标及方法(表1) 

  1.1.2 污水水质特征 

  高校用水的特点是学生用水量受季节和温度影响较大,高校用水具有规律性,变化系数较大[4],高校生活污水的水质特点是相对稳定且污染程度低。经对郑州大学新校区部分宿舍生活污水水质进行长期监测,其水质情况如表2所示: 

  高校学生宿舍的生活污水不含厨房排水,只有沐浴和盥洗排水,属于优质杂排水,完全可以由高校内部自行处理再利用。 

  1.2 工艺选取 

  根据工艺选取的原则:①技术先进,处理效果稳定;②投资和运行费用低;③管理简单,运行可靠。确定本研究中高校宿舍生活污水处理与回用工艺如图1所示: 

  1)初沉池:初沉池可除去废水中的可沉物和漂浮物。废水经初沉后,约可去除可沉物、油脂和漂浮物的50%、BOD的20%,按去除单位质量BOD5或固体物计算,初沉池是经济上最为节省的净化步骤, 

  对于生活污水和悬浮物较高的工业污水均宜采用初沉池预处理(图1)。 

  2)A/O池:A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起,A段DO不大于0.2mg/L,O段DO=2~4mg/L。在厌氧段厌氧菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸,使大分子有机物分解为小分子有机物,不溶性的有机物转化成可溶性有机物,当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时,可提高污水的可生化性及氧的效率;在缺氧段,异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化(有机链上的N或氨基酸中的氨基)游离出氨(NH3、NH4+),在充足供氧条件下,自养菌的硝化作用将NH3-N(NH4+)氧化为NO3-,通过回流控制返回至A池,在缺氧条件下,异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮(N2)完成C、N、O在生态中的循环,实现污水无害化处理。 

  3)生物接触氧化池:在曝气池中设置填料,将其作为生物膜的载体。待处理的废水经充氧后以一定流速流经填料,与生物膜接触,生物膜与悬浮的活性污泥共同作用,达到净化废水的作用。 

  4)二沉池:二沉池是活性污泥系统的重要组成部分,其作用主要是使污泥分离,使混合液澄清、浓缩和回流活性污泥。其工作效果能够直接影响活性污泥系统的出水水质和回流污泥浓度。 

  2 实验装置和内容 

  2.1 实验装置 

  本实验采用图1所示的工艺流程,小试装置如图2所示,主要组成部分有:初沉池,A/O池,生物接触氧化池,二沉池,处理水量为30-40L/h。 

  1)A/O:由两部分构成,比例为1:3,前为缺氧段,后为好氧段。其中包括池体,填料,搅拌器,曝气装置等。缺氧池内径800mm,高900mm,好氧池内径1200mm,高1500mm。 

  2)生物接触氧化池:结构包括池体,填料,布水装置,曝气装置。池型为长方体;池体尺寸长为460mm,宽为400mm,壁厚8mm,总高1400mm,超高50mm。   3)初沉池:池型为圆柱形;池体尺寸为外径340mm,壁厚8mm,总高540mm,超高50mm。 

  4)二沉池:池型为圆柱形;池体尺寸为外径340mm,壁厚8mm,总高600mm,超高80mm。 

  2.2工艺参数确定 

  本论文以郑州大学新校区宿舍生活污水为研究对象,其具体的水质指标为COD的浓度为100mg/L~394mg/L,氨氮浓度为10mg/L~40mg/L,总磷浓度为2mg/L~4mg/L,pH=7~9。以上述工艺对COD、氨氮和TP的去除效果为主要考察指标。 

  采用所选工艺对高校生活污水进行处理,影响本工艺的主要因素有pH,DO,HRT,SRT,回流比,缺氧好氧反应时间等。通过查阅文献,确定本实验运行参数中MLSS为3000~3500mg/L,曝气池溶解氧为2.0~3.5mg/L,污泥回流比为75%,水力停留时间为12h[5],缺氧好氧HRT为6h和12h,污泥回流比和硝化液回流比分别为100%和200%;生物接触氧化中最佳气水比为16:1,最佳水力负荷为5.0m3/(m3・d)[6]。 

  3 实验结果分析 

  采用接种污水处理厂污泥的方法培养菌群,运行小试装置,对COD、NH3-N、TP的去除情况如图3~图5所示: 

  反应器对COD去除效果如图3所示。进水COD波动变化范围较大,在109.1~328.5mg/L之间,平均值为214.1mg/L。而系统出水COD较为稳定,在13.6~29.5mg/L之间,平均值为21.3mg/L,出水满足城市杂用水标准。由图可见,COD去除率较为稳定,在74.0%~94.5%范围内波动,平均去除率为85.9%,可见该反应器对COD有较好的去除效果。反应器内混悬液污泥絮体中含有大量结构紧密的菌胶团,而菌胶团有较强生物吸附能力和氧化有机物的能力,对COD的去除有较大促进作用。在悬浮填料表面的污泥絮体中,生长着大量利于菌胶团吸附的丝状菌,不仅改善了污泥沉降性能,还有效促进了有机物氧化分解。 

  反应器对NH3-N去除效果如图4所示。宿舍生活污水氨氮浓度较低,进水氨氮在18.40~35.20mg/L范围内,平均值为28.02mg/L;出水氨氮在5.94~9.39mg/L范围内,平均值为7.95mg/L,满足城市杂用水标准。由图可以看出,氨氮的去除率较为稳定,在62.05%~76.64%范围内波动,平均去除率为71.11%,可见系统对氨氮去除效果一般。分析认为是由于生物挂膜时间太短,挂膜不充分,导致虽然填料为硝化菌生长提供了良好附着条件,但反应器内单位体积生物量并不是太充足,硝化能力不是太高。 

  反应器对TP的去除效果如图5所示。进水TP浓度为2.12~3.60mg/L,进水平均浓度为2.85mg/L;出水TP浓度为0.16~0.48mg/L,出水平均浓度为0.31mg/L,满足城市杂用水标准;TP去除率为85.33%~91.20%,平均去除率为89.28%,可见此工艺对TP有较好的去除效果。分析认为,是由于缺氧池内投加填料,阻碍了表面空气进入缺氧池内部,降低了氧传质效率,造成了缺氧段的厌氧微环境,形成了微型厌氧/缺氧/好氧系统,聚磷菌在厌氧环境下释磷,经过O段好氧吸磷,再随着脱落的生物膜和悬浮污泥排出系统,达到除磷效果,同时系统通过底部泥斗定期排泥,大量含磷污泥随底部积泥排出,保证了系统的磷平衡,也加快了聚磷菌的生长繁殖,故系统呈现出较好的TP效果。 

  4 结论与展望 

  4.1 结论 

  (1)通过分析高校宿舍生活污水水质特征,确定处理工艺为:“格栅-初沉池-A/O池-生物接触氧化池-二沉池-表面流人工湿地”。 

  (2)根据实际情况,按照工艺设计实验小试装置“格栅-初沉池-A/O池-生物接触氧化池-二沉池”,在MLSS为3000-3500mg/L,曝气池溶解氧为2.0-3.5mg/L的条件下,以污泥回流比为75%,水力停留时间为12h,缺氧好氧HRT为6h和12h,污泥回流比和硝化液回流比分别为100%和200%;生物接触氧化中最佳气水比为16:1,最佳水力负荷为5.0m3/(m3・d)为运行参数,结果表明COD去除率在93.77%~94.69%,NH3-N去除率在62.05%~76.64%,TP去除率在85.33%~93.82%,其出水中COD在4.98~7.83mg/L,,NH3-N在5.94~9.39mg/L,TP在0.16~0.48mg/L。 

  (3)景观娱乐用水C类水质标准中规定COD≤30mg/L,NH3-N≤0.5mg/L,TP≤0.05mg/L,城市杂用水水质标准中规定COD≤50mg/L,NH3-N≤10mg/L。由于NH3-N出水指标超过了景观娱乐用水C类水质标准中的规定,因此出水只达到了城市杂用水标准,并未达到景观娱乐用水C类标准。 

  4.2 展望 

  (1)由于氨氮去除率过低,未到达回用于景观用水水质标注的预期目标,分析原因应是因在本实验的小试装置运行时的运行参数是查阅文献所得最佳运行参数,未在实验过程中寻找适合本工艺流程的最佳运行参数,导致运行时未达到最佳状态;还有可能是由于生物接触氧化池形成的生物膜不够完善,在以后的研究中应加强注意。 

  (2)由于小试装置运行时未设置人工湿地环节,出水水质未达到景观用水的回用标准,而在实际工程应用中,可以在后续的研究中,可以对人工湖进行改造,通过大量种植芦苇、睡莲、香蒲等湿地植物,构建表面流人工湿地,充分利用学校资源,改善水质的同时达到减少人工湖地下补水量以及供人们观赏的景观价值。 

  参考文献 

  [1] 王强,陈长浩.谈中水回用技术在高校中的应用[J].现代农业科技,2009(2):273-275. 

  [2] 朱建良,区域视角的浙江高校节水型校园建设初探[J].节水灌溉,2011,(5):67-69. 

  [3] 王有乐,张婷,李晓燕.校园污水资源化给排水设计模型研究[J].干旱区资源与环境.2002,16(2):56 

  [4] 叶霞,胡孟柳,肖光雨,等.高校学生公寓用水量调查分析[J].给水排水,2011,37(3):79-81. 

  [5] 孙冬青,三段进水A/O工艺处理生活污水试验研究[D],扬州大学市政工程硕士论文,2012. 

  [6] (吴彦洲,生物接触氧化法处理生活污水的小试研究[D],新疆农业大学硕士学位论文,2012. 

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