校園生活用水規律、水質特點及其回用處理研究

馬顏

【摘要】針對中職院校生活污水水量大，水質好的特點，本論文分析了某中職院校的用水規律及學生宿舍區生活污水的水質特點，提出利用活性炭對生活污水進行吸附試驗，考查了活性炭投加量對處理效果的影響。結果表明，活性炭對生活污水中色度和濁度的去除效果很好，而對氨氮和磷酸鹽的去除效果均較差；在對化學需氧量（COD）的去除效果較好，COD的去除率可以達到84%。活性炭對生活污水中COD去除受初始pH和吸附溫度的而影響，酸性條件和高溫有利于活性炭吸附去除COD。

【關鍵詞】活性炭；生活污水；中職院校；水質特點

【中圖分類號】X703 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）02-0287-02

一、研究背景

隨著北京市現代化進程不斷推進，我國城市的水資源短缺，用水效率偏低，已成為一個社會發展的首要問題。節水工作勢在必行，今后北京市的節水重點是生活用水[1]。北京市的生活用水總量較大的部分包括居民生活用水和北京各大院校的生活用水。中職院校生活用水也在不斷增多，根據數據統計非盈利性的機關、學校、醫院、科研及其他行業年用水量之和占城市公共生活用水量的比重63%[2]。校園人口數量大、高度集中，學校用水量大。中職院校產生的廢水主要由教學區廢水，學生宿舍區生活廢水，以及食堂排放廢水等三大部分組成，這些廢水經傳統校園排水系統將所有的校園廢水通管道排入城市管道，進入到城市污水處理設施進行處理。日常學生人均生活用水量為 500-600 L/（人· d），是普通居民生活用水的2倍。生活區用水時間集中且產生的生活廢水水質較好、水量大、水源回收點相對集中，便于收集可作為“中水”原水進行處理。因而也為整個校園系統帶來極大的循環和再利用空間，使得校園的水資源利用具有其特有的方式和途徑。

過濾吸附技術是目前生活污水處理應用較為廣泛技術。其中過濾是利用具有微小孔隙材料作為介質來凈化水體，以達到去除懸浮物并分離雜質的目的[3]。活性炭（Activated Carbon，AC）由于其具有比表面積大與良好的吸附性等特點使人們備受重視。如去除水中有機物、膠體粒子、微生物、余氯、嗅味等。活性炭吸附水中污染物過程包括離子吸引力、分子作用力（范德華力）及化學雜和力等的共同作用。

因此，本論文針對當前中職院校用水特點，對某中職院校學生宿舍區生活用水規律進行了研究，分析了生活廢水的水質特點，并提出利用活性炭吸附工藝對生活廢水進行處理，使其達到中水回用標準，用于校園廁所沖廁用水和綠化用水的目的（圖1）。

二、實驗設計與實施

（一）活性炭吸附試驗

本研究擬用粉末活性炭對生活污水進行吸附試驗，分別為色度，濁度，氨氮、磷酸鹽、化學需氧量和LAS。由于本試驗主要探究投加量活性炭吸附性能，即采用單因素試驗分析法將其余條件恒定（溫度 25 ?C，pH值 6-8），分別投加各類制品活性炭 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 g 于 300 mL 生活污水中，投加后在HZQ-F160立式全溫振蕩培養箱以 120 r/min 振蕩 40 min，取樣測定各項指標。還研究了吸附溫度對吸附能力的影響，設定溫度后待溫度達到設定溫度并穩定后，加入吸附劑進行吸附。

（二）分析方法

1.COD測定

取10.00 mL水樣加入錐形瓶，再加入5.00 mL 重鉻酸鉀溶液和15 mL硫酸-硫酸銀溶液，加4顆玻璃珠，加熱回流2 h。冷卻至室溫，加3滴試亞鐵靈，用硫酸亞鐵銨標準溶液（0.0127 mol/L）滴定。以10.00 mL蒸餾水代替水樣，做空白實驗。

2.NH4+-N的測定

NH4+-N的測定采用納氏試劑分光光度法分析，取樣10.00 mL水樣，加入1.00 mL納氏試劑，搖勻，顯色10分鐘，在420 nm處測定吸光度變化。

3.表面活性劑LAS的測定

LAS的測定采用亞甲基藍分光光度法分析。

4.磷酸鹽的測定

磷酸鹽的測定采用鉬酸銨分光光度法分析。

5.色度、濁度和pH值。

色度采用鉑鈷標準比色法測定，濁度采用HACH 2100Q便攜式濁度儀測定，pH則采用PHS-3C酸度計測定。

三、實驗結果與分析

（一）中職院校校園用水的分析

1.生活用水構成復雜

北京市某中職院校有大量住校生，校園已形成一個微型社會，其生活用水比較復雜。校園可分為有教學區和宿舍區，經過調查分析，某中職院校用水比例如表1所示，其中宿舍區生活用水總量在校園用水量65%以上用水，以沖廁、水房盥洗、浴室、洗衣房為主。

2.用水時間比較規律

分別選取2017年3月5日、9日、20日和21日對該中職院校學生宿舍區一天用水量進行監測，四天用水量變化趨勢相同。用水量較大的時間集中在早晚洗漱6-7點和晚上8-10點。而晚上10點以后洗漱、洗浴人減少，用水量急劇減少，由此可見，中職院校生活用水時間集中便于收集和再利用。

（二）活性炭吸附處理生活廢水試驗

1.生活污水的水質特點

為準確掌握某中職學校學生宿舍區生活污水的水質特點，于2017年3月9日對污水水質進行了取樣檢測，具體水質指標見表2。

從表2中可以看出，該生活污水色度不高，濁度較高，COD較高，NH4+-N和PO43-也較高。需要進行處理才能達到中水回用的指標，處理后的水可應用于學校綠地灌溉、沖廁等方面。

2.活性炭吸附試驗

（1）AC投加量對活性炭吸附生活污水處理效果的影響

首先研究了AC投加量對AC吸附處理生活污水COD去除影響，從實驗中可以看出隨著AC投加量的增加，COD去除率逐漸增加，投加量增加到為0.8 g后，COD去除增加不明顯，因此為了控制處理成本，選取0.8 g 為AC投加量。從AC投加量對表面活性劑LAS的去除效能也可以看出，AC可以有效去除生活污水中的LAS，去除率隨AC投加量的增加而提高，0.8 gAC投加量時LAS的去除率68%。從AC投加量對表面活性劑濁度和色度的去除效能，AC可以有效去除生活污水中的濁度和色度，去除率隨AC投加量的增加而提高，去除率均達到95%以上。而AC對于氨氮和磷酸鹽的去除效率則較低，從實驗可以看出，AC投加量的提高可以增加氨氮和磷酸鹽的去除率，但兩種物質的最大去除率分別只有42%和43%，這表明單純活性炭吸附對于水溶性很好的氨氮和磷酸鹽去除效果較差。在本論文選定的0.8 g AC吸附處理300 mL生活污水后水質情況如表3所示。經過AC吸附處理后，生活污水中色度和濁度去除明顯，COD下降到34.2 mg O2 L-1。而AC吸附對于氨氮和磷酸根的去除效果較差，這是由于這兩種離子的水溶性很好，不適合利用吸附方法去除，可以使用生化方法加以去除。endprint

（2）初始pH對活性炭吸附生活污水處理去除COD效果影響

本論文中還研究了生活污水初始pH對AC吸附效能的影響，AC投加量是0.8 g，吸附溫度是25 ?C。初始pH對AC吸附去除生活污水中的COD具有非常大的影響，酸性條件下AC的吸附能力遠大于堿性條件下的吸附能力，這是由于溶液pH值影響AC的表面基團，進而影響AC的吸附能力。同時，溶液酸堿性也會影響生活污水中污染物的帶電性質，如影響表面活性劑的帶電性質，這些都會影響體系的吸附能力。

（3）吸附溫度對活性炭吸附生活污水處理去除COD效果影響

論文還研究了吸附溫度對AC吸附去除生活污水中COD的影響，這種研究有利于了解氣溫變化對AC吸附體系的影響，有利于實際應用中運行條件的控制。溫度對AC吸附效能的影響結果如圖3所示。從圖中可以看出，溫度對AC吸附能力具有很大的影響，高溫有利于AC吸附去除COD，而在低溫情況下，AC的吸附能力大大降低，如10 ?C時COD去除率只有23%。而45 ?C時COD去除率則達到了97%，這是由于AC吸附過程是吸熱過程，高溫有利于吸附反應的發生。因此在實際處理生活污水過程中，利用AC吸附去除污染物過程盡量控制在較高溫度，因此在冬季處理生活污水過程中需要對吸附裝置進行加熱保溫，以期達到更高的處理效率。

四、結論

中職院校用水屬于事業撥款支付方式，學校師生使用水沒有納入個人成本核算，對水價不了解，用水浪費現象比較嚴重。可以校園節水和開展中水回用的研究具有良好的前景。本論文通過研究中職院校的生活用水分析與利用活性炭吸附處理，取得了以下研究結果：

1.某中職院校宿舍區生活用水量較大，且時間集中，在早上6-7點和晚上8-10點是用水高峰期，生活污水產生時間集中，其水質具有色度不高，濁度較高，COD較高，NH4+-N和PO43-也較高的特點。

2.從本研究的實驗結果可以看出，AC吸附處理生活廢水的效果去除色度和濁度最好，COD去除率可以達到84%，對于氨氮和磷酸鹽去除效果一般，需要與生化技術結合，處理后生活廢水能夠達到國標排放標準，完全可以用來宿舍區沖廁和校園綠化澆灑等。

3.AC吸附去除生活污水中的COD受初始pH和吸附溫度影響，酸性條件和高溫條件有利于AC吸附去除生活污水中的COD。

參考文獻

[1]左建兵，陳遠堡.城市瘩資源需求管理初探——以北京市公共生活用水為例中圍水利，2006，（5）：9～12.

[2]王瑩，陳遠生，翁建武，蔣艷靈.北京市城市公共生活用水特征分析，2008，34（11）：138-143.

[3]郭恒，張群.高煤級無煙煤吸附甲烷的特征及其機制[J]煤田地質與勘探，2014，42（2）：389-295.

[4]玉華，張興華，章小軍.高校用水現狀與節水潛力分析.北京工業大學學報，2005，31：629～634.endprint