高校再生中水处理站的设计与运行分析

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：水是生命之源，節约用水已成为人类的关注重点。中水再生技术是重复利用废水资源的重要途径，文章以南开大学新校区中水站的设计及运行为例，介绍了再生中水技术及中水站运行效益，中水站年平均有效制水量155692吨，减去中水站运行开支后，每年能为学校净节约水费23.7万元。同时，中水站还承担了环境科学与工程学院部分同学实习基地的任务，为学校直接减少外出实习经费9.5万元。
　　关键词：中水处理站;厌氧池;好氧池;综合处理池;储泥池
　　中图分类号：X703.3 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）04-0084-04
　　Abstract： Water is the source of life， and conservation of water has become the focus of human attention. Taking the design and operation of recycled water station in the new campus of Nankai University as an example， this paper introduces the renewable recycled water technology and the operating efficiency of recycled water Station， which produces an average annual effective water volume of 15，5692 tons. After deducting the operating expenses of the recycled water Station， it can save a net water fee of 237，000 yuan per year for the school. At the same time， recycled water Station also assumed the task of some of the student practice bases of the School of Environmental Science and Engineering， and directly reduced the amount of internship funds for the school to 95，000 yuan.
　　Keywords： recycled water station; anaerobic pool; oxygen pool; comprehensive treatment pool; storage mud pool
　　我国是一个干旱缺水严重的国家。我国的淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，名列世界第四位。但是，我国的人均水资源量只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。然而，中国又是世界上用水量最多的国家。仅2002年，全国淡水取用量达到5497亿立方米，大约占世界年取用量的13%，约是美国1995年淡水供应量4700亿立方米的1.2倍。水资源的缺乏与经济发展的矛盾日益突出，因此节约用水提高水资源利用率，也成为当前我国一个重点研究课题[1-2]。
　　在日常生活中，每天都有大量的生活污水直接排放，这不仅造成了大量水资源的消耗，也容易造成水环境的二次污染。如果生活污水经过处理后进行二次则可以节约大量的水资源，缓解我国水资源紧缺且分布不均衡的局面[3]。高校作为人员密集场所，学生生活区域非常集中，排放的污水种类单一，污水性质相对稳定且易于集中回收。因此，高校校区生活污水处理二次利用具有得天独厚的条件。本文以南开大学新校区中水站为例，对高校的再生中水处理站的实际设计及运行进行分析。
　　1 中水站基本情况介绍
　　南开大学中水站位于新校区东北角，于2017年12月投入使用。中水站处理的污水来自文科生活组团及体育馆。文科生活组团约13万平方米，每天可产生生活废水约13000立方，主要是学生每日盥洗用水、洗浴用水、洗衣排水、冲厕用水、食堂及商业街污水等生活废水。其中食堂及商业街污水首先进入隔油池处理，宿舍污水首先进入化粪池进行处理。体育馆每天大约排出生活污水约200立方，主要是游泳池每日换水、游泳洗浴废水、游泳馆过滤反冲等工艺废水以及体育馆其他生活废水。污水不包括化学实验等废水，有较好的处理利用价值和条件。室外采用雨污分流制，雨水就近排入雨水管道，直接进入护校河及湿地湖泊。
　　（1）设计规模1000m3/d。
　　（2）设计水质：
　　出水CODcr、SS、TP按《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准执行，除浊度外其他污染物排放按照《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）中城市杂用水水质标准中城市绿化限制要求执行[4]。
　　（3）具体进水水质和出水要求如表1。
　　（4）污水处理工艺：
　　格栅+调节池+AAO池+反应沉淀池+滤布滤池+消毒池+清水池。
　　（5）污泥处理工艺：
　　各阶段排泥→储泥池→叠螺式脱水机→脱水后含水率80%污泥外运。本项目总泥量0.5t/d，含水率80%。
　　（6）加药系统工艺：
　　PAC：加药地点反应沉淀池，作用混凝沉淀除磷及SS等，加药量20mg/L。
　　PAM：加药地点污泥脱水机房，作用调节污泥脱水性质等，加药量0.5mg/L。 　　NaCLO：加药地点是消毒池，作用消毒，加药量6mg/L（有效氯含量）。
　　2 中水站工艺流程及控制
　　2.1 流程介绍
　　污水进入中水处理站后先通过截留井，让准备处理的污水进入预处理池进行预处理，进入粗格栅，打捞较大的渣滓、漂浮物等，然后通过提升泵，提升污水的高度，进入细格栅，打捞较小的渣滓，进入沉砂池，以重力分离为基础，将污水的比重较大的无机颗粒沉淀并排除，继续进入综合处理池（AAO池），在综合处理池中采用活性污泥法去除污水里的BODS、SS和以各种形式存在的氮和磷，在厌氧段（Anaerobic）聚磷菌释放磷，并释放低级脂肪酸等易降解的有机物;在缺氧段（Anoxic）反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气释放到大气，从而达到脱磷的作用;在好氧段（Oxic）也是曝气池，硝化细菌将污水中的氨氮通过生物硝化反应转化为硝酸盐，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放除掉剩余的磷。在排除剩余污泥和回流污泥，加入PAC絮凝剂及PAM助剂，进入二沉池，进一步减少悬浮物，使出水达到国家一级排放标准，进入滤布滤池去除水中剩余的小颗粒悬浮物，进入消毒池加入氯，杀灭水中的大肠杆菌，然后进入清水池。处理后的清水用于校园道路洒水、校内水系补充及校园绿植灌溉[5]。
　　二沉池的污泥部分回流到综合处理池，剩余的送入储泥池，由于污泥中含有大量的氮磷有机物，脱水外运作为肥料二次利用，见图1。
　　2.2 中水站自控系统
　　系统采取西门子PLC系统，PLC采集现场仪表传输的信号及控制对象的手/自动状态、运行状态、故障报警信号，经PLC程序控制器进行运算和程序控制，把信号传输到中控计算机。（1）主要控制设备。现场可控设备除了可由操作人员通过就地箱控制外，也可交给PLC进行自动控制。现场操作终端作为人机接口，操作人员通过对监控终端的按钮操作，由PLC可完成对相关可控设备的控制。操作人员也通过在监控终端上的操作，修改相关参数的设定。主要的控制设备如表2中所示。控制系统收集检测粗格栅前后液位差及液位信号，根据格栅前后液位差信号和时间周期自动启停格栅机运行，并采集板式格栅的运行状态信号。另外，采集吸砂机、砂水分离器、沉砂池及鼓风机房的罗茨鼓风机的自动、运行、故障等状态信号。根据生产过程的工艺要求控制罗茨鼓风机等相关设备运行。控制系统通过检测pH/T仪、COD仪、氨氮仪等进水参数测量仪表的参数，改良AAO生物反应池、曝气沉砂池、1～2#二沉池、事故调节池中潜水搅拌机的自动、运行、故障等状态信号。根据生产过程的工艺要求控制潜水搅拌机、污水提升泵、污泥泵等相关设备运行。（2）控制系统。采用西门子S7-300PLC作为污水处理系统控制器，STEP7 微软WIN系统下进行PLC程序编写与WINCC FLEXIBLE SMART V3环境下进行人机界面组态设计。西门子人机设备HMI SMART700作为上位机，并通过以太网上传到工控机，见图2。
　　3 中水站运行效益
　　南开大学中水站自2017年10月投入使用，产生的中水目前主要用于校园绿地灌溉、路面喷洒以及湖水补充。图4统计了2018年1月1日到2018年12月31日一年的运行数据，此周期共生产中水231079吨。根据图中数据，可见年运行情况基本平稳，暑假和寒假期间由于学生排出污水少，出水量略低。
　　3.1 经济效益
　　中水站冬季产生的中水主要用于湖泊水系补充，经济效益较低，可以忽略不计[6]。春季、夏季、秋季产生的中水基本全部用于灌溉及路面喷洒，有非常明显的经济效益。按照统计数据，2018年3月到2018年11月共产生中水155692吨，按照单价5.55元/吨，折合节约水费864090.6元。中水站采用运行托管的方式运行，每年的运行成本包括了自来水费、电费、托管运维费，其中运行费用包括了药品费用、人工费等，如表3中所示，共计约62.7万元。中水收益减去运行支出后，每年能为学校净节约费用23.7万元。
　　3.2 社会效益
　　南开大学中水站有利于推进建设资源节约型、环境友好型大学建設。由于污水处理技术在南开大学津南校区的成功应用不仅能使工程本身受益良多，同时由于南开大学本身对环境工程专业研究的专业性以及南开的品牌效应，会使该工程技术在应用中得到不断地改进和提升，并使中水综合利用技术得到更广泛的推广和应用。
　　不断组织校内师生集体参观中水站，有利于师生节水意识的提升，中水站的建设和投入运行，并通过学校相关部门的宣传使之成为学校节能宣传基地。使广大南开师生真真切切认识到节约用水的重要性直接加深了节水意识。
　　3.3 教学效益
　　南开大学环境科学与工程学院是国内环科专业集教学与科研为一体的、引领国内外环境科学理论与工程技术研究创新和世界一流的高级人才培养基地。学院的环境科学与工程专业、资源循环科学与工程等专业在教学过程中都要求学生对污水处理方面的知识有一定的认知，需要进行实验、实习。学校建立中水站给了本校学生一个就近参观、实习、实验的基地，方便了学生进行相关实习、实验、采集数据，同时节省了大量的教学经费。据统计，环境科学与工程学院南开大学中水站实习基地建立为学院节省外出实习经费9.5万元。
　　随着高校生活用水量的不断增加，实现污水处理、综合利用势在必行，南开大学新校区在规划和建设中充分考虑了建设资源节约型、环境友好型校园。中水站建设技术上可靠、运行成本低，具有良好的经济和社会效益。
　　参考文献：
　　[1]张亚南.论建筑给排水的“人性化”管理理念[J].中国城市经济，2011（8）：186.
　　[2]孟荣荣.山东建筑大学中水站改造工程实践研究[D].济南：山东建筑大学，2017.
　　[3]赵颖，亢泽涛，刘冬林.高密度沉淀池工艺在工业给水设计中的运用[J].内蒙古石油化工，2014（15）：90-92.
　　[4]王锐，章铁钟，金炎龙，等.高校生活污水处理与中水回用适用技术研究[J].节水灌溉，2013（4）：64-67.
　　[5]胡中意.污水处理厂高密度澄清池工艺流程和设计计算[J].中国市政工程，2014（5）：39-41.
　　[6]胡云明.华北电力大学（保定）中水站运行分析[J].山西科技，2015（2）：79-81.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15118617.htm