黃河水院中水回用技術(shù)改進(jìn)方案探討

李永麗，柴紅

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南開封475004）

黃河水院中水回用技術(shù)改進(jìn)方案探討

李永麗，柴紅

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南開封475004）

分析了黃河水院污水處理廠原污水處理工藝存在的問題，對(duì)自然生物處理方法中的人工濕地技術(shù)，氧化塘技術(shù)進(jìn)行了比較，確定了該校污水處理工藝的改進(jìn)方案。即，在原有接觸氧化法的基礎(chǔ)上，采用了人工濕地處理技術(shù)。通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，工藝改進(jìn)后的中水水質(zhì)能夠達(dá)到城市回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

黃河水院；污水處理；工藝改進(jìn)；接觸氧化法；人工濕地；水質(zhì)檢測(cè)

0 引言

黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院（簡(jiǎn)稱黃河水院）位于河南省開封市西北郊，是首批國家示范性高等職業(yè)院校，校區(qū)占地面積為93.3 hm2，建筑面積為49萬m2。該校在校區(qū)總體規(guī)劃時(shí)，就從可持續(xù)、生態(tài)、健康的理念出發(fā)，高起點(diǎn)地規(guī)劃了污水處理系統(tǒng)。目的是：（1）將處理過的污水用于補(bǔ)充水景、噴灑路面、灌溉樹木和草地，使校區(qū)污水達(dá)到零排放，節(jié)省水資源。（2）承擔(dān)學(xué)院環(huán)境工程、給排水工程、水務(wù)工程等多個(gè)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。

黃河水院原有污水處理站占地面積為1 500m2，其中，建、構(gòu)筑物占地面積1 200m2，水源為校區(qū)內(nèi)的生活污水，日處理污水能力為1 800m3／d，處理工藝為A／O生物接觸氧化池工藝。在運(yùn)行實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，原有的污水處理工藝不能適應(yīng)水質(zhì)、水量的變化，需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

1 原污水處理工藝及存在的問題

1.1 原污水處理工藝

黃河水院污水處理站前端工藝為半地上式一體化設(shè)計(jì)，其污水處理系統(tǒng)選擇了A／O生物接觸氧化池工藝，并將沉淀池污泥部分回流至A級(jí)生物池，具體工藝流程如圖1所示。

1.2 原有工藝存在問題

根據(jù)學(xué)校規(guī)劃，污水經(jīng)過處理后應(yīng)用于水景補(bǔ)充、噴灑道路、灌溉樹木和草地。所以，處理后的水質(zhì)要達(dá)到城市回用水水質(zhì)要求。該工藝中的全自動(dòng)過濾器工作過程包括過濾和反沖洗。當(dāng)高效過濾器內(nèi)的泥膜老化脫落時(shí)，過濾過程停止，需要反沖洗。但是，在反沖洗過程中，排水水質(zhì)達(dá)不到回用水水質(zhì)要求。為了使反沖洗過程中的排水水質(zhì)達(dá)到要求，需對(duì)污水處理工藝進(jìn)行改進(jìn)。

圖1 生物接觸氧化法工藝流程圖Fig.1 Biological contact oxidation p rocess

2 方案比選

2.1 校區(qū)地形條件

黃河水院校區(qū)匯水面積64.9萬m2（不含水系），其中，綠地占地50%，路面和屋面等為50%。校區(qū)內(nèi)有湖泊4萬m2（水系），用于收集雨水和部分中水，平均深為3.5m。湖泊內(nèi)水循環(huán)流動(dòng)，兼有氧化塘的作用。湖泊西側(cè)緊鄰鯤鵬山，其中間有一塊空地，空地上有大量的建筑垃圾，由北向南其地勢(shì)是由高向低的。這塊空地也是從水處理構(gòu)筑物的出水口到湖泊的可經(jīng)之地。校內(nèi)有梨園約7 000m2。

2.2 可選方案

根據(jù)學(xué)院要求，所選方案既要使污水處理站的出水水質(zhì)達(dá)到城市回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，又要利用好原有構(gòu)筑物。所以，選擇自然生物處理法。該方法主要的處理技術(shù)是氧化塘和土地處理法。

2.2.1 土地處理方法

土地處理方法主要包括慢速滲濾處理系統(tǒng)、快速滲濾處理系統(tǒng)、地表漫流處理系統(tǒng)和濕地處理系統(tǒng)。其中，人工濕地技術(shù)目前比較成熟。

人工濕地是由人工設(shè)計(jì)的模擬自然濕地結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)合體，由水、處于水飽和狀態(tài)的基質(zhì)、挺水植物、沉水植物和微生物等組成，通過其中一系列生物、物理、化學(xué)過程實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的高效凈化［1～2］。它強(qiáng)調(diào)人與自然的和諧相處，融合了自然凈化和生物膜法優(yōu)點(diǎn)，將污水凈化、污水資源化及美化環(huán)境有機(jī)結(jié)合起來。人工濕地主要有表流人工濕地、潛流人工濕地和垂直流人工濕地，適用于有地表徑流和廢棄土地，常年氣溫適宜的地區(qū)。

人工濕地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）基建費(fèi)用地，構(gòu)筑物可由各種天然生態(tài)系統(tǒng)或經(jīng)簡(jiǎn)單修建而成；（2）無復(fù)雜機(jī)械設(shè)備，易于維護(hù)管理，技術(shù)含量低；（3）處理系統(tǒng)依地勢(shì)而建，污水可自流進(jìn)入，運(yùn)行費(fèi)用低；（4）可進(jìn)行有效可靠的污水處理；（5）可緩沖對(duì)水力和污染負(fù)荷的沖擊［3］。其缺點(diǎn)是：（1）土地處理占地面積很大，出水水質(zhì)與使用土地的面積和停留時(shí)間關(guān)系密切；（2）土地處理區(qū)容易發(fā)臭、蚊蟲孳生，影響環(huán)境，土地滲濾形式的土地處理容易堵塞，壽命較短。

綜上所述，人工濕地一般用于小水量、有空閑土地的地方。

2.2.2 氧化塘法

氧化塘法也叫穩(wěn)定塘法，是一種利用水塘中的微生物和藻類對(duì)污水和有機(jī)廢水進(jìn)行生物處理的方法。通常是對(duì)土地進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜斯ば拚ǔ沙靥?，并設(shè)置圍堤和防滲層，依靠塘內(nèi)生長(zhǎng)的微生物來處理污水。氧化塘可分為好氧塘、兼氧塘、厭氧塘、曝氣塘等。

氧化塘法的優(yōu)點(diǎn)是：（1）在條件合適時(shí)，基建投資少；（2）運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，耗能少，運(yùn)行費(fèi)用低（為傳統(tǒng)人工處理廠的1／3～1／5）；（3）可進(jìn)行綜合利用，形成復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，可產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。其缺點(diǎn)是：（1）占地面積過多，處理效果受氣候影響較大。如，春、秋季翻塘問題等；（2）若設(shè)計(jì)或運(yùn)行不當(dāng)，可能形成二次污染（如污染地下水、產(chǎn)生臭氣等）［4］。

適于采用氧化塘的必要條件有：土地、氣候、氣溫、日照、風(fēng)力等。

2.3 方案選擇的注意事項(xiàng)

（1）學(xué)院內(nèi)建有湖泊，主要用于收集雨水和部分中水。根據(jù)學(xué)院規(guī)劃，校內(nèi)湖泊水用于噴灑道路、綠化、沖廁。湖泊內(nèi)有水景噴泉。所以，中水應(yīng)達(dá)到城市中水水質(zhì)要求。

（2）雖然湖泊兼有氧化塘的作用，但是氧化塘法受季節(jié)和天氣變化影響比較大。處理過的水在流入湖泊之前，如果不進(jìn)行進(jìn)一步處理，其水質(zhì)不一定能達(dá)到回用水水質(zhì)要求。

（3）校園內(nèi)有大片的梨樹種植區(qū)，但其不適宜改造成人工濕地。

（4）與學(xué)校的地形特點(diǎn)、規(guī)劃相結(jié)合。從水處理構(gòu)筑物的出水口到湖泊，其地勢(shì)是由高到低的，鯤鵬山（水利樞紐工程）是由建筑垃圾建造而成，形成了有利的粗碎石介質(zhì)。

2.4 方案確定

通過對(duì)污水的自然處理方法進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)學(xué)院的現(xiàn)實(shí)條件，確定了如圖2所示的工藝流程。

圖2中，生活污水匯入集水池，池內(nèi)設(shè)有粗細(xì)格柵，以去除污水中的固體顆粒及纖維雜質(zhì)。集水池出水流入調(diào)節(jié)池，由提升泵送入A／O生物接觸氧化池、二次沉淀池。然后，一部分處理水通過全自動(dòng)過濾器并消毒后，到中水池。在全自動(dòng)過濾器自動(dòng)反沖時(shí)，處理水通過人工濕地并消毒后，排向湖泊。調(diào)節(jié)池、二次沉淀池的污泥有潛污泵提升，部分回流至A級(jí)生物池，余下部分則由環(huán)衛(wèi)所抽吸外運(yùn)。

2.5 主要構(gòu)筑物

該處理方案的主要構(gòu)筑物如表1所示。

人工濕地床與生物接觸氧化池串聯(lián)，進(jìn)第一級(jí)濕地床底部的水由水管引入水。根據(jù)地形，各級(jí)濕地床之間自流進(jìn)水。濕地底層為0.2m厚的透水石卵，中層是平均粒徑為0.2m的碎石，上層充填0.2m厚的粗沙。潛流過程總停留時(shí)間達(dá)26 h左右。濕地種植植物為蘆葦，其耐水性好、根系發(fā)達(dá)、多年生、耐寒，具有吸收氮、磷量大的特性，且具有觀賞性、經(jīng)濟(jì)性。濕地防滲系統(tǒng)采用復(fù)合型土工膜。

圖2 接觸氧化法＋人工濕地工藝流程示意圖Fig.2 Contact oxidation method and artificial wetlands process

表1 黃河水院污水處理站主要構(gòu)筑物一覽表Tab.1 S ewage treatm ent station main structure of Yellow River Conservancy Technical Institute

3 水質(zhì)處理效果

2011年，通過多次對(duì)人工濕地和全自動(dòng)過濾器處理后的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，并將其與回用水水質(zhì)作對(duì)比，其結(jié)果如表2所示。

表2 水質(zhì)分析及對(duì)比表Tab.2 W ater quality analysis and comparison

由表2可知：對(duì)污水處理工藝改進(jìn)以后，當(dāng)全自動(dòng)過濾器進(jìn)入反沖洗過程時(shí)，二沉池的水排向潛流人工濕地，其排放水水質(zhì)達(dá)到了回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。即，工藝改進(jìn)后，該污水處理系統(tǒng)的處理效果達(dá)到了設(shè)計(jì)效果。

4 結(jié)語

黃河水院污水處理站的原工藝流程不能適應(yīng)水質(zhì)水量的變化，需對(duì)其工藝進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過方案比選，在其原有接觸氧化法的基礎(chǔ)上，采用了人工濕地處理技術(shù)。改進(jìn)工藝后的出水水質(zhì)能達(dá)到城市污水回用的要求。

［1］呂宏德.水處理工程技術(shù)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005：309.

［2］張自杰.排水工程［M］.4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000：418－421.

［3］彭超英.人工濕地處理污水的研究［J］.重慶環(huán)境科學(xué)，2000（06）：43－45.

［4］李劍超.我國穩(wěn)定塘處理的研究與實(shí)踐［J］.工業(yè)用水與廢水，2002（01）：1－3.

[責(zé)任編輯 楊明慶]

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10.13681/j.cnki.cn41-1282/tv.2016.03.012

2015-11-09

李永麗（1977－），女，河南睢縣人，副教授，碩士，主要從事給水排水工程方向的教學(xué)和研究工作。