校園生活污水處理工藝技術發展現狀綜述*

唐 倩，黃健盛，陳秋竹，陳雙扣，溫 馨，郭銀應

(1 重慶科技學院化學化工學院，重慶 401331；2 重慶科技學院機械與動力工程學院，重慶 401331；3 重慶市托爾阿詩環保有限公司，重慶 400060；4 重慶科技學院建筑工程學院，重慶 401331)

隨著我國高校的發展，校園用水量也日益增加，導致校園污水的產生量也逐年增加。校園用水是城市用水的重要部分，全國高校的水資源消耗量平均為2億t/a，存在用水量大且集中的問題[1]。在推崇節能減排的今天，污水處理達標排放及回用成為人們關注的焦點。目前處理校園污水的工藝眾多，且各具特色。面對不同的校園污水水質特征及不同的中水回用要求，選擇何種工藝來處理校園污水成為我們研究的重點。在此背景下，本文對校園污水處理工藝技術以及回收利用方法進行歸納總結，提出現有處理工藝的不足及發展趨勢。

1 校園污水的特點

1.1 校園生活污水的來源

校園生活污水按來源地，主要來自于宿舍、教學樓、食堂、實驗樓、洗浴樓。按使用用途，主要分為盥洗、洗浴、沖廁、食堂用水、清潔等。校園生活污水的產生量與季節有關，西北地區校園教學樓的污水排放峰值主要在4月、7月和11月，各類污水排放量在8月假期達最低，洗浴污水排放主要集中在11月至次年2月[2]；南方地區高校污水最大量集中在9～10月[3]。

1.2 校園污水的水質特征

阮久麗等[4]根據產生源及特點的差異將生活污水分為黑水、黃水、褐水和灰水四類。黑水、黃水、褐水分別為糞便污水、廁所污水(尿液)、廚房污水，所含的污染物濃度高(含N、P及有機物)、水質較差，處理工藝復雜。灰水主要為清洗、洗浴、洗衣污水，水中污染物含量最低，主要含P，稍加處理就可以滿足雜用水的需求。在校園生活污水污染物排放濃度方面，學生公寓中午、午夜污水污染物濃度更高，清晨和傍晩稍低。同時，氣溫影響校園生活污水濃度，天氣變冷會增加污水中COD的濃度，華北地區校園生活污水中N、P濃度隨天氣轉暖而增加，而華東地區則相反[1,5]。據統計，我國不同地區校園呈現的生活污水水質特征有所差異，如表1所示。由表1看出，校園生活污水中有機物含量高，含有一定的N、P，其中華東地區和華南地區生活污水中的有機物濃度最高且華東地區含N量最高，華北地區P含量最高。

表1 我國不同地區校園生活污水水質特征

2 校園污水處理模式及工藝技術

2.1 處理模式

2.1.1 納管處理

納管處理是把生活污水由城市污水管網進行集中收集，然后輸送到城市污水處理廠處理。在城市新區的校園可能存在污水管網不配套、不完善、占地面積大等問題[6]，同時存在輸送管道錯綜復雜、污水輸送途中易變質等問題[7]。

2.1.2 自建設施處理

自建設施處理是自建污水處理系統，并可就地實現中水回用的一種校園污水處理模式，自建設施處理污水作為校園污水納管處理模式的補充，已成為校園污水的重要處理模式。由于校園位置分散，污水依靠城市污水處理廠處理，收集輸送難度較大。校園用水量大，將污水就地處理并回用顯得極有價值，中水回用一般用于校園景觀和沖廁等。洗浴污水污染物少，則將洗浴污水和生活污水分開處理，洗浴污水只需簡單處理即可。目前應用在校園污水處理的自建處理系統工藝技術主要有厭氧、好氧生物處理技術，微動力地埋式污水處理技術，膜生物反應器(MBR)技術[8]，混合人工濕地技術[9]等。

2.2 處理工藝技術

由于校園污水來源廣泛，需根據不同污水特征采用不同的處理工藝。常規的污水處理方法包括一級處理、二級處理及三級處理(深度處理)，簡單的污水成分可只進行二級處理就可回用，污染嚴重的則必須進行深度處理。

2.2.1 一級處理

一級處理一般用物理化學方法去除校園污水中的毛發、布條、塑料袋等漂浮物，如格柵、沉淀、沉沙等，通過調節池調節污水水質、水量，然后進入二級處理。由于污水的特征隨季節和溫度的變化而變化，因此為了有效去除污染物，采用春夏秋季為一級處理，冬季為強化一級處理。一級強化處理主要采用物理化學方法或生物處理方法，其中化學強化一級處理效果明顯，比傳統污水處理法具有成本低、效果好的優點，通過在污水中加入低劑量的化學試劑，在沉降中達到污水處理的目的[10]。實際情況表明混凝劑加入到生活污水的一級處理對懸浮性和膠粒性污染物的去除及COD的去除有很好的效果[11-12]。

2.2.2 二級處理

二級處理是去除一級處理出水中的難溶膠體、懸浮物，并將難溶有機物降解為可溶有機物。常用的二級處理工藝有活性污泥、生物膜、膜生物反應器[13]以及生態處理法。由于中水回用對有機物、洗滌劑去除要求較高，而去除有機物、洗滌劑有效的方法是生物處理，因而核心處理工藝較多采用膜生物反應器、生物接觸氧化等[14]。校園生活污水的BOD5/CODCr>0.66，生物活性好，易于生化處理，可針對性進行處理和中水回用[15]。現有研究表明，通過生物接觸氧化法、MBR工藝、土地滲濾法(SAT或SWIS)等多種污水處理工藝相結合處理校園污水可取得良好的效果[16]。

2.2.3 三級處理

三級處理是對污水的深度處理，采用物理或化學方法降低水體的濁度和色度及其他難降解的物質。可通過沉淀、過濾及吸附去除廢水中微小懸浮顆粒物和調節水質[17]，然后對營養物質的去除。再通過加氯、紫外線輻射以及臭氧技術對二級出水進行滅菌、消毒，然后排放或進一步回用[10]。由于校園人員相對集中，污水消毒系統離學生公寓近，一般選擇風險較小的紫外消毒法，消毒時間40 min。

2.3 工程案例分析

2.3.1 國內組合工藝技術案列

ABR與觀賞型生態系統處理技術[18]是ABR反應器(厭氧消化反應)處理的沼液再經過水生植物的吸收作用進一步凈化，最終達標排放，工藝特點：簡單方便、效益高、管理容易，效率好等。校園生活污水水質：COD(384～457 mg/L)、NH4-N(28～56 mg/L)、TN(32～68 mg/L)、TP(10.8～15.2 mg/L)。COD的平均去除率達到80%以上，TN的平均去除率達到93%，TP的平均去除率達到94%，污染物去除效果好，出水水質滿足GB 18918-2002中一級A標準。

2.3.2 國外組合工藝技術案列

在國外，處理校園污水技術有物理法、化學法、生物法(植物修復和生物強化)及組合工藝，在污水處理工藝技術面向低成本、無危害等條件出發時，生物強化及及其組合工藝在國外校園污水處理中將會被廣泛應用[19]。微藻(MA)與垂直流動人工濕地((VFCW)組合工藝[20]具有成本低、操作簡單、環保及脫氮好等特點，MA+VFCW系統作為一種創新的環境技術出現，只要稍加調整，就可以有效地大規模使用，最終取代傳統的廢水處理系統。該裝置由一個200 L暗箱(深50厘米)所組成，并用于處理一個單一的校園污水，MA+VFCW系統在脫氮方面取得了很好的效果，N-NH3去除100%，BOD5去除57%。

除此之外，我國也有將微藻應用在校園污水的處理中，林漢等[21]和聶長良等[22]將微藻用于處理校園生活污水，處理結果均很滿意，該技術僅經過6層紗布過濾，無任何其他預處理，具有成本低、操作方面、環保等優點。

3 校園生活污水的回收利用技術

處理達標后的校園生活污水可回用于景觀環境、沖廁、綠化、澆灑道路、洗車等，因回用水用途不同其要求達到的水質標準不同，建議采用以下順序進行回用：沖廁-綠化-道路噴灑-景觀用水-消防儲水-洗車[23]。其中綠化、道路澆灑和沖廁用水水質須滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T 18920-2002)的水質標準，可采用土壤毛細管滲濾、人工濕地、MBR及生物接觸氧化等工藝，其中MBR和生物接觸氧化使用更多[24-27]。要滿足景觀回用水要求，一般可采用人工濕地、A2O-MBR[28]等工藝進行處理，若回用要求高，可優先考慮生物處理與人工濕地相結合的處理工藝，如曝氣生物濾池(BAF)與人工濕地組合工藝、接觸氧化法與人工濕地組合工藝[29]。若出水磷含量過高，不可用于景觀用水，會導致水體富營養化，可用于植物澆灌，促進植物生長[1]。根據宿舍及教學樓洗漱臺離廁所近的特點，可在洗漱臺旁邊建立儲水箱，收集盥洗污水，經過濾后用于下層宿舍或教學樓的沖廁用水，可實現水的重復利用。沈寧娟等[30]通過設置一定容積儲水箱將經過濾的洗滌水用于下層沖廁，為學校節約了20%的自來水，每月節省7萬元。

4 校園污水處理工藝存在的問題

校園污水處理系統要求能夠最大限度上做到經濟合理、效率高、無害環境等特點，但是高校污水處理工藝受一些因素的限制，以至于仍然存在一些問題。

4.1 處理效果的問題

由于中水工程的特殊性，其水質要求比較高，必須滿足國家雜用水水質的標準要求，則處理工藝須滿足高要求[31]。目前，生物處理法由于其高效處理污染物的優勢被廣泛應用在污水處理中，但仍然存在不足。生物接觸氧化極易受外部環境和雜物的影響，溫度的過高過低會降低生物活性，無機懸浮物和泥沙的存在會降低生物膜活性，從而降低處理效果[32]。人工濕地由于受氣候、基質堵塞的影響，導致該工藝去除污染物效果不好，出水水質基本滿足城市雜用水標準。兩級MBBR-化學除磷工藝具有耐負荷沖擊強、占地少、操作簡單、成本低的特點，但是出水水質僅CODCr滿足GB18918-2002一級A標準，其余滿足GB8978-1996一級標準[33]。

4.2 環境和占地方面的問題

由于污水處理系統一般都在校區范圍內，要求污水處理工程占地面積小，設備運行時廢氣等其他廢物盡量做到零排放。人工濕地由于占地面積大，不能作為校園污水處理技術的首選。據文獻顯示，普通活性污泥法、氧化溝法、生物接觸氧化法都存在占地面積大的問題。與此同時，普通活性污泥法在處理污水過程中存在耐負荷沖擊能力問題，生物膜法還存在衛生條件差的問題[34]。

4.3 資金方面的問題

污水處理工藝匹配的儀器設備及運行時費用高，然而目前國內許多地方政府在環保上的資金投入有限[35]。高校有別于企業，過高的經濟投入對高校而言是不現實的，因此要求處理工藝在投資成本和運行成本上盡量低。SBR工藝廣泛應用于校園污水的處理中，但該工藝自動控制系統中參數變量多，需要多種不同精度儀器和儀表才能保證處理效果，這導致了相對其他工藝成本高[36]。從傳統的活性污泥法轉向生物膜法的趨勢上看，生物膜法具有高效的去除污染物等特點，但是還存在造價高及能耗高的缺點[37]。

4.4 操作管理方面的問題

污水回用需要考慮水質、地理位置、時間季節等實際因素，則要求員工具備較高的運行管理能力及維修技術。目前來看，高校員工還是存在運行經驗不足、綜合素質低等問題，即使員工具備了該條件，人為意外也不可避免，因此就要求工程在運行上操作簡單。A2/O法處理后的污水水質好、氮磷含量低，但是該方法運行管理相對較為復雜[38]。

5 校園污水處理工藝技術發展趨勢

5.1 耦合校園景觀設置的校園污水處理工藝技術

雖然生物法是校園污水處理技術中的主流工藝，但隨著中水回用要求等條件的升高，耦合校園景觀的工藝技術以更高效、環保、穩定等優勢將成為未來城市生活污水處理技術的主要發展工藝技術。例如ABR耦合人工濕地、微藻耦合人工濕地等組合工藝在校園污水的處理中均達很好的效果。對于組合工藝，今后的發展不僅僅局限于污染物的高效去除，而且要處理效果穩定、可靠。目前，耦合校園景觀工藝技術正在向高效、穩定、經濟的方向發展。

5.2 滿足中水回用的校園污水處理工藝技術

目前常使用的一些污水處理工藝技術雖然能達到校園回用的標準，但還存在占地面積大、操作不便、效率低等問題。目前處理生活污水工藝技術有著很多缺陷，但針對校園污水的處理工藝技術也在逐漸進步，已從傳統的活性污泥法發展到膜生物反應器，傳統生態處理法發展到新型人工濕地法。MAR是一種將膜分離技術有機結合的新型處理技術，具有占地小、處理效果好、操作簡單、抗負荷能力強等特點[39]，但是仍存在膜易受污染等問題，因此，為了有效避免此類問題，應采取相應的措施以降低膜污染。吳子平等[40]采用新型人工濕地法及潘龍[41]采用自然曝氣人工濕地法處理校園生活污水，出水均達GB18918-2002中一級A標準，但都存在處理量低的問題。近年來，人工濕地法處理效果明顯提高，但依舊存在處理效率低的缺點，因此應優化配置濕地植被及基質[42]來提高去除速度。對于其他能滿足中水回用的工藝也應加強研究和創新，應不斷提升污水處理的效率、降低運行成本。

6 結 語

校園污水的合理處理及回收利用，可為校園帶來可觀的利益，同時可提高現有水資源的利用，減輕城市水資源短缺的問題。從我國現階段校園選用的污水處理工藝來看，盡管比以前有了提升，但在處理效率、成本、穩定度方面還存在較大的問題，制約了我國水污染治理的實施。結合國外校園污水處理工藝技術，為彌補現階段污水處理工藝的不足，可考慮采用生物法耦合人工濕地及微藻耦合人工濕地的方法，同時為了滿足中水回用校園污水處理工藝技術可考慮采用MBR工藝、新型人工濕地法。除此之外，在未來的發展中，高校應秉承因地制宜的原則，從中水回用標準及校園的管理、地理條件、污水工藝參數等出發點設計合理的工藝，不斷創新，為保護生態環境以及解決水資源危機發揮更大的作用。