高校污水處理回用與達(dá)標(biāo)排放策略研究
——以北京化工大學(xué)朝陽校區(qū)為例

高芬 黃曉一 雷鵬 張新生

北京化工大學(xué) 北京 100029

生活污水的回收再利用是水資源循環(huán)利用的一個(gè)重要組成部分。隨著高校規(guī)模的擴(kuò)大，校園污水排放量不斷增加，尤其是老校區(qū)的生活污水排放，面臨更大的壓力，為了減輕市政污水處理壓力，保證市政污水處理系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，各地政府紛紛出臺(tái)了新的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。高校的老校區(qū)大多建于上個(gè)世紀(jì)五、六十年代，其整體布局和各類管網(wǎng)大多數(shù)沿用至今，導(dǎo)致生活污水大部分直接排入市政管網(wǎng)，目前已經(jīng)無法達(dá)到排放要求[1-3]。因此，高校生活污水的處理、回用和達(dá)標(biāo)排放勢在必行，科學(xué)規(guī)劃和選擇高校生活污水處理再利用及達(dá)標(biāo)排放策略至關(guān)重要。

本文以北京化工大學(xué)朝陽校區(qū)生活污水處理、回用及達(dá)標(biāo)排放改造工程為例，依托我校的污水處理科研成果以及我校的“北京市水處理環(huán)保材料工程技術(shù)研究中心”的技術(shù)，對(duì)朝陽校區(qū)生活污水處理系統(tǒng)改造工程進(jìn)行總結(jié)，旨在為今后類似項(xiàng)目提供有益的借鑒。

1 項(xiàng)目提出和整體方案

北京化工大學(xué)朝陽校區(qū)創(chuàng)立于1958年，校內(nèi)建筑面積約26萬平方米，學(xué)校在校師生總數(shù)約2萬人，每日用水量約為1,500噸。校內(nèi)建筑物的興建是隨著學(xué)校的發(fā)展逐漸進(jìn)行的，地下管網(wǎng)建設(shè)始于上世紀(jì)五、六十年代，其中雨水和污水管材新舊混用，從最初的缸瓦管、混凝土管到后來的HDPE雙壁波紋管混合交叉，老舊管道堵塞問題時(shí)有發(fā)生，急需改造和更新。

2017年昌平新校區(qū)投入使用，部分學(xué)生搬入新校區(qū)學(xué)習(xí)和生活，學(xué)校決定對(duì)朝陽校區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行改造和提升。改造之前，我們考慮到以前的用水模式，集中浴室淋浴廢水和學(xué)生宿舍樓的盥洗間廢水與衛(wèi)生間污水一同排放，我們進(jìn)行了地下管網(wǎng)使用情況的調(diào)研，首先對(duì)污水管網(wǎng)進(jìn)行分類，從污水管網(wǎng)系統(tǒng)分離學(xué)生宿舍區(qū)盥洗間、集中浴室、食堂洗菜等排水管道，并鋪設(shè)管道將這些污水引入校區(qū)內(nèi)的中水站，補(bǔ)充中水站收集廢水不足的問題，這些廢水經(jīng)過處理后達(dá)到中水標(biāo)準(zhǔn)，用于沖洗廁所和綠化澆灌。此外，其余污水管網(wǎng)系統(tǒng)保持不變，只更換已經(jīng)嚴(yán)重破損或經(jīng)常堵塞的管道，全部污水引入污水站處理站，經(jīng)處理達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后排入市政污水管網(wǎng)。校園雨水通過獨(dú)立的雨水管網(wǎng)進(jìn)行匯集后直接排入市政雨水管網(wǎng)系統(tǒng)。

根據(jù)我校的具體情況，校園污水的處理方案可以分為三個(gè)主要部分：

（1）校園雨水處理：這一部分相對(duì)較簡單，涉及對(duì)原有雨水管網(wǎng)進(jìn)行疏通和修繕，同時(shí)修建雨水調(diào)節(jié)池。一部分雨水直接排入市政雨水管網(wǎng)，另一部分經(jīng)過雨水調(diào)節(jié)池再排入市政雨水管網(wǎng)。

（2）洗浴廢水和學(xué)生宿舍盥洗間廢水的處理：這些廢水經(jīng)過種水處理站的膜生物反應(yīng)器一體化工藝處理后，用于校園綠化和沖洗廁所。

（3）生活污水處理：生活污水經(jīng)過A/O工藝處理后，達(dá)到了《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962-2015）中的B標(biāo)準(zhǔn)，然后排入城市污水管網(wǎng)。

這些措施有助于有效管理和處理校園內(nèi)不同來源的污水，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和水資源的合理利用。

圖1 校園污水處理總體方案

2 洗浴廢水的處理和回用

我校學(xué)生每日學(xué)生宿舍盥洗間廢水、集中洗浴廢水和食堂洗菜廢水收集量約為300噸，我們采用了MBR（Membrane Bio-reactor）工藝對(duì)校園收集的廢水進(jìn)行處理，以滿足中水回用的標(biāo)準(zhǔn)。MBR工藝是一種新型廢水生物處理技術(shù)，它將現(xiàn)代膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，將污水處理中的活性污泥法與膜分離技術(shù)中的超微濾技術(shù)相結(jié)合，使用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的活性污泥法中的二沉池[4]。MBR工藝的主要特點(diǎn)是污泥負(fù)荷率高，去除率高，抗污泥膨脹能力較強(qiáng)，出水水質(zhì)良好且穩(wěn)定可靠，懸浮物幾乎為零，可直接回用；反應(yīng)器運(yùn)行靈活穩(wěn)定，污泥停留時(shí)問較長，剩余污泥大大減少，易于自動(dòng)化控制管理，脫氮脫磷效果較好，處理后的水細(xì)菌總數(shù)比較少，達(dá)飲用水標(biāo)準(zhǔn)，無須進(jìn)行紫外線、臭氧消毒。MBR工藝能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)污染物降解和泥水分離的目標(biāo)，其具備流程簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，處理設(shè)備占地面積相對(duì)較少，總造價(jià)與傳統(tǒng)模式相比偏低，因此特別適合處理高校校園的洗浴廢水。在此次的MBR工藝裝備中部分采用了北京化工大學(xué)“北京市水處理環(huán)保材料工程技術(shù)研究中心”的專利技術(shù)“生物碳纖維平板膜組件及污水處理反應(yīng)器（ZL2011104258216）”，該生物碳纖維平板膜組件，將過濾膜與生態(tài)碳纖維復(fù)合材料合理地結(jié)合在一起，對(duì)污水先經(jīng)過濾膜過濾，再經(jīng)生態(tài)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)一步吸附凈化，進(jìn)而提高清水的純度和潔凈度，提高平板膜組件的耐污性和膜通量及使用壽命，圖3是生物碳纖維平板膜組件及其結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖。在生物碳纖維平板膜組件中，采用的生物碳纖維復(fù)合材料通過將比表面積大于1300m2/g的生物活性碳纖維作為芯層，使這種生態(tài)碳纖維復(fù)合材料在具有比表面積大、孔徑分布合理，吸附性高，其能夠改善現(xiàn)有膜污染的現(xiàn)狀，同時(shí)在芯層外側(cè)設(shè)置丙綸纖維網(wǎng)眼布以起到增強(qiáng)作用，使得該生態(tài)碳纖維復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度，進(jìn)而使得生物碳纖維平板膜組件堅(jiān)固耐用。

圖2 洗浴廢水MBR處理工藝流程圖

圖3 生物碳纖維平板膜組件及其工作原理

通過MBR工藝處理后，得到的中水水質(zhì)符合《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2020）的標(biāo)準(zhǔn)，可用于校園綠化和沖洗廁所。這一處理方案充分考慮了高校校園污水處理的不同使用需求，實(shí)現(xiàn)了資源的有效回收和再利用，為環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展提供了有益的解決方案。

3 生活污水的處理和達(dá)標(biāo)排放

因?yàn)楦咝熒藬?shù)眾多、人口密度大、生活作息時(shí)間較為規(guī)律，高校的用水特點(diǎn)是污水排放時(shí)段較為集中，用水量高于普通居民生活區(qū)，但在寒暑假期間，用水量又急劇減少，因此，校園污水處理需要根據(jù)這一特殊的使用模式調(diào)整，而不能簡單套用市政污水排放比較均勻的處理模式。

生活污水的處理采用A/O（Anaerobic Oxic）工藝，即厭氧/好氧工藝，其中A代表厭氧段，主要用于脫氮和除磷，而O代表好氧段，主要用于去除水中的有機(jī)物，A/O工藝的獨(dú)特之處在于它不僅有效降解有機(jī)污染物，還具備脫氮和除磷的功能[5]。該工藝的處理流程如圖4所示，在“生物接觸氧化池”中同樣部分使用了北京化工大學(xué)“北京市水處理環(huán)保材料工程技術(shù)研究中心”的專利技術(shù)“一種生物碳纖維水處理填料的制備方法及應(yīng)用（ZL2012103085820）”，生物碳纖維經(jīng)過表面改性處理具有優(yōu)異的生物相容性，由于碳纖維的比表面積比較大，對(duì)微生物有很強(qiáng)的吸附作用，微生物被吸附到碳纖維表面后，由于經(jīng)過表面改性處理，生物碳纖維表面的官能團(tuán)易于微生物附著和生長，所以掛膜快。另外，生物碳纖維上具有微小孔洞，在曝氣和水的流動(dòng)作用下可以產(chǎn)生超聲波，生物碳纖維不僅微生物掛膜快，而且凋亡的微生物可以快速脫落，促進(jìn)微生物的更新代謝，顯著提高污水處理效果。生物碳纖維具有表面能較高、與水的潤濕性好、表面親水性能好的性能，這些性能都使得生物活性碳纖維更適用于污水處理，以吸附污水中的污染物和形成生物膜，圖5為掛膜前后生物碳纖維填料的照片。

圖4 生活污水處理工藝流程圖

圖5 掛膜前后生物碳纖維填料的照片

生活污水經(jīng)過這一工藝處理后，水質(zhì)達(dá)到了《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962-2015）中的B標(biāo)準(zhǔn)，可以安全排入城市污水管網(wǎng)。表1列示了生活污水處理前后的水質(zhì)指標(biāo)。

表1 生活污水處理前和處理后水質(zhì)指標(biāo)

4 實(shí)施效果和運(yùn)行管理

北京化工大學(xué)是教育部直屬全國重點(diǎn)大學(xué)，地處朝陽區(qū)北三環(huán)，是城市中心地帶，為了維護(hù)優(yōu)雅、美觀、和諧的校園環(huán)境，在建設(shè)污水處理站決策階段，就確定將污水處理站完全建設(shè)在地下，污水處理站建成后，上方區(qū)域設(shè)計(jì)建設(shè)了花園綠地和人文景觀，成為校園內(nèi)一道令人印象深刻的花園，相關(guān)照片見圖6，目前污水處理站運(yùn)行良好，污水經(jīng)處理后各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求。

圖6 污水處理站的地表景觀

5 結(jié)語

在北京化工大學(xué)朝陽校區(qū)生活污水處理回用及達(dá)標(biāo)排放改造工程的實(shí)施過程中，運(yùn)用了學(xué)校在污水處理領(lǐng)域的科研成果，得到我校的“北京市水處理環(huán)保材料工程技術(shù)研究中心”的專業(yè)技術(shù)支持。在此項(xiàng)目中，我們對(duì)校園污水進(jìn)行了分類處理，采用適合校園環(huán)境和條件的處理工藝，對(duì)朝陽校區(qū)的生活污水處理系統(tǒng)進(jìn)行了改造和升級(jí)，該工程投入運(yùn)行后，為學(xué)校帶來了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，通過節(jié)約自來水和減少污水排放，從整體上提高了改造升級(jí)項(xiàng)目的價(jià)值，希望這一項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)為后續(xù)類似項(xiàng)目提供有益的參考，推動(dòng)更多高校在生活污水處理和資源回用方面取得更大成就。