大学校园处理与中水回用研究方案.docx

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大学校园处理与中水回用研究方案

我校生活污水处理与中水回用

环境工程

三峡大学:

公子毅

我校生活污水处理与中水回用

学生公子毅

指导老师李宁

三峡大学水利与环境学院

摘要:

水资源是人类生存生活必不可缺的重要资源｡目前,水资源短缺和水污染已经成为全国许多城市共同面对的问题,并且制约经济社会的可持续发展｡因此实现污水再生利用即中水回用是必要的｡高校校园用水具有水量大,用水集中等特点｡本设计即是针对高校这一用水现状,以我校为对象讨论建立校园中水回用站的可行性,并设计出适用于本校的原位分散处理系统和集中处理系统,以达到将污水回用为冲厕水和校园绿化用水的目的｡本系统的使用在一定程度上能减少我校宿舍区排放污水的量,同时也能为国内大学生活污水处理提供借鉴｡

Abstract:

Waterisanimportantresourceforhumansurvivallifeindispensable.Currently,watershortageandwaterpollutionhasbecomeacommonproblemfacedbymanycities,andconstraintstosustainableeconomicandsocialdevelopment.Therefore,recyclingofsewagewaterthatisinthewaterreuseisnecessary.Watercampusuniversitieshavelargevolumeofwater,concentratedwaterandsoon.Thedesignforthewaterthatisthecurrentsituationof,inmyschoolcampusfortheobjecttodiscussthefeasibilityofestablishingwaterreusestation,anddesignin-situappliedtotheUniversityofdistributedprocessingsystemsandcentralizedprocessingsystemstomeetthewastewaterreusewiththeflushingwaterandcampusgreenwaterpurposes.Useofthesystemtoacertainextent,canreducetheamountofsewageofmyschooldormitoryarea,butalsocanprovideareferencefordomesticsewagetreatmentuniversity.

关键词:

校园中水回用原位分散处理系统集中处理系统校园中水回用站

Keywords:

CampuswaterreuseInsitudistributedprocessingsystem

CentralizedprocessingsystemCampuswaterreusestation

前言

中水是指民用建筑或居住小区用后排放的各种生活污水､冷却水,经适当处理后作为杂用水再回用于民用建筑或居住小区,其水质指标达到国家规定的杂用水标准｡该标准低于城市给水中的饮用水水质标准,高于污水允许排放标准,介于“上水”与“下水”之间,是可以在一定范围内重复使用的非饮用水｡中水回用技术是污水资源化的重要措施之一,它将污水处理､净化作为城市低水质用水的第二水源,具有开源节流与环境保护的综合效益｡我国住宅建设从一般性的住宅到康居工程,已发展到今天的生态小区,建设部已出台的生态小区建设标准中很重要的一条就是节水,包括雨水的利用､中水的回用｡设计指标中要求中水回用达到小区用水的

30%,因此,随着生态小区建设的发展,中水回用工程将会越来越受到重视｡

目前我国共有1500余所各级各类高校,在校学生4000余万人｡学校的生活用水量迅速增长,这些用水均在一次使用后排放到城市污水管网,经城市污水处理厂集中处理,污水排放量很大,而校园绿化､学生公寓冲厕､浇洒路面､洗车等杂用水也消耗大量自来水,造成了能源和资源的浪费,节水型校园不足,进行校园中水回用的高校管理水平和节水效益也是层次不齐｡因此,污水回用技术在高等院校的应用与推广势必成为重要的节水途径｡在现有的学校类建筑（如教学楼､实验楼､学生宿舍等）中逐步配建中水回用设施,推广使用中水回用技术,对节水､环保及社会所作的贡献都将是非常大｡

中水回用的处理技术按其机理可分为物理化学法､生物化学法和物化生化组合法等｡通常回用技术需多种污水处理技术的合理组合,即各种水处理方法结合起来深度处理污水,这是因为单一的某种水处理方法一般很难达到回用水水质的要求｡目前常用的中水回用技术有生物化学法､物理化学法､膜生物反应器技术（物化生化结合法）｡本课题采用污水集中处理和原位分散处理相结合的系统,采用MBR法处理我校学生宿舍生活污水,使其能够回用于宿舍冲厕用水及校园绿化用水｡

本课题的目的即是设计出适合本校各苑区采用的中水回用方式,对本校产生的生活污水简单的处理使其能够达到回用的水质标准,创造性的将污水原位分散系统和集中处理系统结合使用,使得系统的整体运行上更加灵活和切合实际,本系统在我校的运行使用也能对全国其他高校的节水及中水回用提供经验｡中水回用通过处理污水使其再次利用,在一定程度上可以增加我国可用水量,节约水资源,缓解我国匮乏的淡水资源压力｡由于中水回用处理费用与自来水相比要少很多,可以节省掉一部分用水资金,节省用水开支,故其经济效益十分可观,通过处理污水来回用中水,也可以缓解我国地下水的开采进度,对于保护环境和缓解生态危机都具有十分重要的意义

｡

本处理工程的完成,每年能够为我校宿舍区节约用水27万吨,节约用水开支80万元,回用水用来绿化也能减少很大部分的用水开支｡目前国内尝试建立污水回用站的大学并不多,既有资金问题的制约,也有技术上的难题,本设计结合我校实际情况来研究污水回用的可行性,可以看到,不论是资金还是技术上都有很强的可行性,因此本设计也能为国内的其他大学提供借鉴与参考｡污水回用是可行的同时也是节约用水必须采取的措施,本设计可以在我校实行的情况下进而向社会推广,为社会的水资源节约提供新的解决途径｡

1序论

1.1中水回用概念

中水一词最早来自于日本,因其水质介于上水（自来水）和下水（污水）之间而得名,主要是指生活污水（优质杂排水和杂排水）､雨水､污水处理厂尾水､厂矿冷却水等城市污水,根据不同水质和不同用途要求,经过混凝､沉淀､过滤､消毒等简单处理工艺或利用膜分离技术､臭氧氧化､活性炭吸附等深度处理工艺,得到的可利用水｡其主要用于地面清洁､浇花､洗车､空调冷却､冲洗便器､消防､景观等｡中水回用,一方面为城镇供水开辟了第二水源,可大幅度降低上水（自来水）的消耗量,另一方面在一定程度上解决了下水（污水）对水源的污染问题,从而起到保护水源､水量的作用｡

1.2中水回用的发展

1.2.1国外中水回用的发展

在国外,比如日本､以色列､美国､澳大利亚､加拿大等国家很早就在广泛使用中水回用系统｡他们的技术先进,法律法规也相对完善,而且人们的中水回用意识较强｡

（1）日本,由于土地和各种资源都稀少,一直是一个忧患意识较强的国家｡早在1962年就开始回用污水,70年代已初现规模;90年代初在全国范围内进行了废水再生回用的调查研究与工艺设计;1991年在“造水计划”中明确将污水回用再生技术作为最主要的开发研究内容加以资助,开发了很多污水深度处理工艺,在新型脱氮､脱磷技术,膜分离技术,膜生物反应器技术等方面取得很大进展的同时,对传统的活性污泥法､生物膜法进行了不同水体的工艺实验,建立了许多水再生工厂｡并结合本国和各地区的不同情况,采用不同的方法处理中水,比如双管供水系统,即饮用水系统与再生水系统,应用比较普遍｡日本政府鼓励中水回用,制定了相应的奖励措施,通过减免税收､扩大融资和提供补助金等手段大力推广中水回用｡

（2）美国是世界上最早采用污水再生利用的国家之一｡1950年污水研究者俱乐部利用模型进行了污水深度处理实验研究,60年代末将膜生物反应器用于废水处理;70年代初开始大规模污水处理,有近300余座城市实现了污水处理后再利用｡目前,美国的城市污水处理等级基本上都在二级以上,处理率达到100%｡污水处理工程至今已建有2万余座污水厂｡由于推行比较慎重,对水质控制较严格,城市污水回用所占比重不高,范围不广,直接提供饮用水或者回收水引到城市供水管网在美国还没有实施｡此外,美国关于中水回用的法律法规也十分完善,实施法规分布在各州,涵盖了中水回用的各个方面｡

（3）以色列,位于地中海东岸,大部分处于干旱和半干旱地带｡由于自然条件的限制,使人们很早就开始利用中水,也是在中水回用方面最具特色的国家｡根据国内地区条件和社会经济结构采取不同的中水回用原则,把水资源循环使用作为一项基本国策,70%以上的污水经过处理后用于农田灌溉,使农业用水节约30%以上｡占全国污水处理总量46%的出水直接回用于灌溉,其余33.3%和约20%分别回灌于地下或排入河道,其回用程度之高堪称世界第一｡为保证中水回用工作的顺利进展,以色列将污水回用以法律的形式给予保障｡而且,对中水回用技术的研究也处于世界先进水平,尤其是在回用水水质,以及中水回用可能引起的生态学问题等方面｡此外,俄罗斯､西欧､印度､南非和纳米比亚的污水回用事业也比较普遍｡

1.2.2中水回用在国内的发展

在国内,我国的城市污水回用技术起步较晚,1958年才将中水回用列入国家科研课题｡20世纪60年代关于污水灌溉的研究达到了一定水平;70年代中期进行了城市污水以回用为目的的污水深度处理试验;80年代初,相继在北京､大连､西安等大城市开展了污水回用的实验研究;90年代,完成了几个典型的回用工程

｡进入21世纪以来,国内很多城市的污水处理厂再生水回用工程相继投入使用,中水回用的范围迅速扩大｡1987年北京市规定:

凡建筑面积超过2万m2的旅馆､饭店和公寓及建筑面积超过3万m2以上的机关科研单位和新建生活小区都要建立中水设施｡北京市规划建设的10座中水厂,已建成水源六厂､酒仙桥､肖家河､方庄4座,每日可提供中水25.5万m3,铺设中水管道约230km｡大连､天津､青岛､太原､深圳等城市也先后建成一系列中水系统｡

在北京､大连､天津､辽宁的部分高校,已建立起一些中水回用系统,但全国其他省市有正规中水处理设施的高校并不多｡总的来说,由于资金缺乏､技术相对落后,中水回用在我国还处于起步阶段,污水回用率偏低｡国民的节水和利用中水的的观念还不强,需要通过宣传教育加强节水意识｡北方的中水回用工作较南方好些,这与客观的自然地理因素､经济条件有关,也和管理､意识等主观因素密切相关｡发达国家在考虑使用回收水时,首先确定的是回收水再利用的途径,甚至这些项目都要在相关规则或者法律中规定,超出这些范围的使用很难被批准｡而我国对回收水再利用没有专门的规定,也没有中水回用的鼓励政策｡加之水价偏低,没有制定处理后的中水价格,在某种程度上限制了中水回用的发展｡1996年全国已有近180多套中水处理设施,但因种种原因,当时设施运行率并不高,如深圳市29套中水设施,只有2套得以勉强坚持运行;北京l20套中水设施,保持运行的仅60套｡

天津还为此专门出台了关于住宅使用中水的规定,城市规划面积5万平方米以上的新建住宅小区,规划人口在1万人以上的住宅小区都要使用中水,配有中水管道｡目前天津一些小区都使用中水来替换自来水用于景观用水,以及浇灌绿地｡

青岛市也是一个典型的缺水型城市,人均水资源占有量仅是全国的1/7,面对日益严重的水资源短缺现状,青岛中水回用工程正在大力推进

｡市区中部长达7.2公里的海泊河再生水供应管网已经基本铺装完成,海泊河区域的企业和居民将成为再生水工程的第一批受益人｡

由此可见,我国建成的中水回用系统并没有有效的使用,与国外的高普及率､高利用率的中水回用系统比较,还有很大的差距｡

1.3中水回用常用技术

中水回用的处理技术按其机理可分为物理化学法､生物化学法和物化生化组合法等｡通常回用技术需多种污水处理技术的合理组合,即各种水处理方法结合起来深度处理污水,这是因为单一的某种水处理方法一般很难达到回用水水质的要求｡发展到目前,中水回用的工艺流程有:

生物化学法

生物化学法（简称生化法）利用自然界存生的各种细菌微生物,将废水中有机物分解转化成无害物质,使废水得以净化｡

  原水→格栅→调节池→接触氧化池→沉淀地→过滤→消毒→出水｡

  生物化学法可以分活性污泥法､生物膜法､生物氧化塔､土地处理系统､厌氧生物处理法等方法｡

1､活性污泥法

（1）鼓风曝气:

即排流式曝气,将压缩空气不断地鼓入废水中,保证水中有一定的溶解氧,以维持微生物的生命活动,分解水中有机物,以达到净化污水效果｡

（2）机械曝气:

即表面曝气,利用装在曝气池内的机械叶轮转动,剧烈搅动水面,使空气中的氧溶于水中,供微生物生命活动,进行生化作用以达到净化污水效果｡

（3）纯氧曝气:

它是按鼓风曝气方法向水中吹入纯氧,以提高充氧效率,从而加快污水净化速度｡

（4）深井曝气:

般用直径为0.5-6.0m,深度50-60m的曝气装置,利用水压来提高水中氧的转移速率,以提高其净化效率

｡

2､生物膜法

（1）生物滤池:

使废水流过生长在滤料表面的生物膜,通过两面间的物质交换及生化作用,使废水中有机物降解,达到净化目的｡

（2）生物转盘:

由固定在一横轴上的若干间距很近的圆盘组成,不断旋转的圆盘面上生长一层生物膜,以净化废水｡

（3）生物接触氧化:

供微生物栖附的填料全部浸于废水中,并采用机械设备向废水中充入空气,使废水中有机物降解,以净化废水｡

3､生物氧化塔:

利用水中微生物的藻类､水生植物等对废水进行好氧或厌氧生物处理的天然或人工塘｡

4､土地处理系统

（1）土地渗滤:

利用土壤膜中的微生物和植物根系对污染物的净化能力（过滤､吸附､微生物分解等）来处理生活污水,同时利用污水中的水､肥来促进农作物､牧草､树木生长｡

（2）污水灌溉:

主要目的为灌溉,以充分利用净化后的污水｡

5、厌氧生物处理法:

利用厌氧微生物（如甲烷微生物等）分解污水中有机物,达到净化水目的,同时产生甲烷气､CO2等气体｡厌氧生化处理主要用于处理高浓度有机废水及污泥硝化处理｡

物理化学法

原水→格栅→调节池→絮凝沉淀池→超滤膜→消毒→出水｡

  运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法｡通常是指由物理方法和化学方法组成的废水处理系统,或指包括物理过程和化学过程的单项处理方法,如浮选､吹脱､结晶､吸附､萃取､电解､电渗析､离子交换､反渗透等｡1935年W.鲁道夫和E.H.特鲁尼克开始试验用物理化学处理系统处理污水｡随着工业的发展,工业废水水质日趋复杂,废水中许多污染物,如重金属离子,用通常的生物处理法难以去除;许多复杂的有机物

､生物难以降解;对有毒的污染物其浓度超过微生物的耐受限度时,生物处理法又不适用｡为了保护环境和合理利用水资源,废水排放标准越来越严格,对废水回用率的要求越来越高｡因此,70年代以来,物理化学处理法得到广泛重视和迅速发展｡  

物理化学处理既可以是独立的处理系统,也可以是生物处理的后续处理措施｡其工艺的选择取决于废水水质､排放或回收利用的水质要求､处理费用等｡为除去悬浮的和溶解的污染物而采用的化学混凝-沉淀和活性炭吸附的两级处理,就是比较典型的一种物理化学处理系统｡处理过程是在废水中投加石灰,快速混合后,进行絮凝沉淀,除去大部分悬浮的和胶体的物质,同时除去一部分磷酸盐｡沉淀后的出水,流过活性炭接触床,由于活性炭的吸附作用,除去溶解的污染物,如溶解的有机物等｡活性炭要进行反冲洗和再生｡沉淀池的沉渣经脱水､煅烧后,其中石灰可回收利用;煅烧产生的二氧化碳气体可用作调整沉淀出水的pH｡通过这个系统处理后,出水水质的代表性数据是:

BOD（生化需氧量）5mg/L､COD（化学需氧量）15mg/L､悬浮物5mg/L､磷0.15mg/L､氮2.6mg/L｡假若对水质有其他要求,还可增加相应的处理过程,如为了进一步脱氮,可以增加氨解析､离子交换或折点氯化｡ 

和生物处理法相比,物理化学处理法的优点是:

占地面积可少1/4至1/2;出水水质好,而且效果比较稳定;对废水水量､水温和浓度变化的适应性较强;可以除去有害的重金属离子;除磷､脱氮和脱色的效果好;可根据不同要求,选择处理方案;处埋系统的操作管理易于实现自动检测和自动控制｡但这种处理系统的设备费和日常运转费较高,要比生物处理法消耗较多的能源和物料,因此决定处理工艺方案时要根据对出水水质的要求,进行技术､经济比较和对环境影响的全面分析｡

膜生物反应器技术（物化生化结合法）

膜生物反应器（Membranebioreacto,简称MBR）是将生物降解作用与膜的高效分离技术结合而成的一种新型高效的污水处理与回用工艺｡其处理流程为:

原水→格栅→调节池→活性污泥池→超滤膜→消毒→出水｡

对于中水处理流程选择的一般原则是,当以洗漱､沐浴或地面冲洗等优质杂排水（CODcr150-200mg/l,BOD550-100mg/l）为中水水源时,一般采用物理化学法为主的处理工艺流程即可满足回用要求｡当主要以厨房､厕所冲洗水等生活污水（CODcr300-350mg/l,BOD5150-200mg/l）为中水水源时,一般采用生化法为主或生化､物化结合的处理工艺｡而物化法一般流程为混凝､沉淀和过滤｡

  传统的生物化学法运转时必须考虑到反应速率和污泥的沉降性能｡反应速率主要取决于活性污泥的浓度,污泥浓度高,则反应速度就快｡但考虑到二沉池不能过大,所以活性污泥的浓度就不能太大,从而影响了反应速率｡污泥的沉降性能则取决于曝气池的运行条件｡严格控制曝气池的操作条件是首要条件,因此也限制了生物化学法的应用范围｡为了克服这些不足,科学家们首先想到了用膜来进行固液分离｡超滤膜分离技术正是在这样的情形下发展起来的｡其原理是在一定压力下,采用具有一定孔径的分离膜,将溶液中的大分子物质､胶体､细菌和微生物截留下来,从而达到浓缩与分离的目的｡其处理精度可达0.1微米｡不会产生生化法那样的气味儿,污泥量少,无需进行污泥处理｡同时启动也十分方便,不必象生化法那样接种和培驯污泥,因而操作方便｡国外的研究资料表明,超滤技术作为中水处理的后处理技术,具有适应性强､对悬浮物､细菌和洗涤剂的去除率高,出水稳定等诸多优点｡

1.4中水回用的局限性

目前中水在我国的利用已经开始起步,但是在利用中还存在一些问题,比如:

中水有点儿味､有异色､运输费高｡中水本身挺便宜,但在运输费用上开销却不小｡在循环经济的前提下节水型社会的建设,整个经济机制也要跟上,不单单是中水企业所要考虑的问题,这些问题制约着中水的发展｡

1.认识误区

虽然中水的价格具有一定的优势,已能在缺水城市中受到广泛的认同,但在利用中仍然存在着认识上的误区,这也是阻碍中水发展的一个很大的原因｡

一些用过中水的居民对于使用中水冲厕所基本上都比较认同,但也提出了一些疑问｡就曾有居民提出中水用起来还行,就是需要再改进,因为感觉有点儿味,有异色｡有异色其实是因为高污厂过来的水,有一部分氨氮,又因为二级排放标准里面,允许有一部分氨氮,还有磷等高于生活饮用水标准的物质,经过光线反映到人的肉眼以后就有颜色了,但这些都不会给能使用中水的场合留下隐患和异常｡

中水的水质也是居民有疑虑最不放心的,认为中水是从污水处理来的,感觉有点儿脏｡其实这是心理作用,因为都知道中水来源是污水——很脏,就觉得中水回用的话也很脏,实际上它是经过深度处理的｡其实再生回用的水与污水处理厂的出厂水不是一回事,再生水是对污水处理厂处理过的水再进行深度处理,达到国家再生水的使用标准,仅次于自来水的水质,脏只是人们的一种心理感觉而已｡但中水毕竟是污水的再生水,属于人体非接触用水,不可以用于洗衣服､做饭､洗澡等,如果要用的话,还要再经过进一步深度处理才行｡

2.中水回用输配

中水虽好,让人青睐,但有时却又让人望而却步,无法利用｡尽管现在居民（尤其是缺水性城市）对中水的热情越来越高,但部分城市的中水公司的日处理能力和每天的实际应用量却相差较大｡一方面是巨大需求,一方面是有水没人用｡显然之所以制约着中水的大面积应用主要原因是受管网的制约｡

水是特殊商品,要想把水供出去,最后让用户使用,必须有前提条件——市政管网得到位

｡日前即使有中水管网的城市,也都主要集中在干管､主干线或者是中水厂附近较小的范围,缺少供水支线｡整个设施的建设,尤其是管网的建设不配套,跟中水厂生产能力相配套的管网的铺设不多,尤其是配水管网,直接导致了有水供不出去的尴尬局面｡

对于中水利用目前的现状——利用率低的问题,主要是由中水市场的发展和国家法律､法规不配套引起的,法律､法规及政策应该超前,至少也不应该滞后｡水资源应用应当有一个排序,就是说应当鼓励首先使用什么样的水｡在中水市场发展的初级阶段,政府保护哪类的水或者限制使用什么样的水的政策能配套,中水市场的起步就能坚实了许多｡现阶段中水市场的发展不能仅仅依靠价格杠杆,政府可以出台强制性的政策,对符合使用中水条件的,不再提供其它优质水源,也能使加强节水不是一句空话,真正实现优质的水使用在高要求的地方,低质的水用在低需求上,能够实现一个水资源总的合理分配｡

中水市场发展的现状是需要有大量的输配管网,但中水管网需要的投资巨大,施工的难度也很大,因此若在中水利用的统一规划上做足文章,也可减少一些中水的输配尴尬｡

首先要看有哪些正常的用途可以用中水处理以后的水来替代,根据替代量的多少,根据中水回用量的多少,再根据经济用量､生态用量各自的多少,做详细的平衡计算,最后把整个水循环的每一个环节都考虑到,真正形成一个循环经济,就是水用了再处理再用,这样才是一个真正的节水型社会｡

解决这一问题可以采取集中与分散相结合的方式,用多个分散的污水处理厂替代一个集中的大厂,这样可以就地收集､就地处理和回用,可以减少回用成本｡同时分区域收集的污水细菌等污染类型也比较单一,选择性强,还可以减少处理成本｡从过去传统水供应模式——依靠大量管网建设的集中模式,转向就地收集､就地处理､就地中水回用的分散模式｡

3.中水水价

在尴尬中前行的中水还有个制约其利用的主要原因就是目前的水价形成机制不合理,污水再生利用缺乏必要的市场环境｡

我国的水价主要由三部分组成,第一部分是资源水价,主要包括水资源的检测､评价､管理等方面的支出;第二部分是工程水价,包括从集水到自来水厂处理再到输水直至最后居民使用所需的投资和运行费;第三是环境水价,用了水就要排水,排了水就会污染环境就要进行处理｡可是目前我国的环境水价只计算到污水处理,还没有包括中水回用这一块,因此要形成合理的水价首先要转变消费观念｡这是一种循环经济指导下､科学发展观指导下的一种新的消费理念,扩大了消费的内涵｡过去认为“用”这块算消费,“排”就不算了;现在“排”算了,“回用”又管不着了｡这与循环经济和可持续发展是相违背的,完全抵触的｡只要有用,就应该把用过的这一部分怎么妥善处理,怎么再利用纳入正常的消费范围,因此在环境水价里要加入回用的这块费用｡

一个合理的水价可以有效地推进中水的利用,而中水自身价格的制定也很重要｡中水的价格政策应该相应地跟宏观政策､资源配给相呼应｡城市污水再生利用的水价跟调水