校園污水處理車間工藝改造運行效果對比

趙偉偉，褚文瑋,宮艷超

（天津渤海職業(yè)技術學院，天津300402）

近年來，隨著我國高等教育的不斷發(fā)展，高校建設規(guī)模不斷擴大，校園綠化、水景等用水量不斷加大，成為城市生活污水的重要組成部分之一。高校污水主要來自于學生宿舍、教學樓和澡堂，水量較大、集中，而且水質(zhì)穩(wěn)定，容易處理。因此將高校的生活污水（盥洗、洗衣和洗浴廢水等）收集后，再生回用于沖廁、綠化、道路沖洗、人工河湖等，既能夠節(jié)省水資源，又能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，對推廣綠色生態(tài)校園建設具有重要的意義[1,2]。

本研究針對校園污水處理車間AO-MBR 工藝運行時間較長，出現(xiàn)設備工藝老化等問題，通過對工藝設備進行提標改造，重點分析新工藝對水質(zhì)的去除效果，探討自控系統(tǒng)升級改造及其在教學中的應用。

1 污水處理車間概況

1.1 車間處理工藝

污水車間日處理規(guī)模100m3/d，進水來源主要是校園學生宿舍的生活污水及食堂廢水等；經(jīng)污水車間處理后出水作為校園綠化用水和景觀湖補充用水。原水水質(zhì)和回用水水質(zhì)標準如表1 所示。

表1 原水水質(zhì)和回用水水質(zhì)標準

校園污水處理車間采用AO-MBR 工藝，如圖1 所示，運行時間已長達7a，出水水質(zhì)不穩(wěn)定，出水效果不理想。另外由于運行時間長，出現(xiàn)工藝設備老化，設備故障率高、能耗高，構筑物沉積物過多、自動化程度低、目視控制不清晰等問題。

圖1 AO-MBR 工藝流程

1.2 工藝改造設計

污水車間將原AO-MBR 工藝增加缺氧池，改造為A2O-MBR 工藝，工藝流程如圖2 所示：增加了系統(tǒng)脫氮除磷的功能；并對集水井、調(diào)節(jié)池、厭氧池、好氧池等主要污水處理構筑物的內(nèi)部沉積物進行清理，對MBR 膜組件進行更換。

1.3 分析方法

圖2 A2O-MBR 工藝流程

A2O-MBR 工藝調(diào)試運行穩(wěn)定后，對進、出水水質(zhì)進行連續(xù)一個月監(jiān)測。水質(zhì)分析各項指標均采用標準方法測定[3]：COD 采用重鉻酸鉀法；NH3-N 采用納氏試劑分光光度法；TN 采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法；TP 采用鉬酸銨分光光度法。

2 運行效果分析

新老工藝對污水的去除效果見表2。由表2可知：工藝升級改造后既保持了對NH3-N 高的去除率，又大大提高了對COD、TN 和TP 的去除效果，使得出水COD 濃度均值降至24mg/L，NH3-N濃度降至0.65mg/L，TN 濃度均值降至10.99mg/L，出水TP 濃度降至1.57mg/L，除TP 外，完全符合《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T 18921-2002）標準。

表2 新老工藝進、出水水質(zhì)及去除率

2.1 A2O-MBR 工藝對COD 的去除效果

A2O-MBR 工藝對COD 的去除效果如圖3 所示。由圖3 可見，校園生活污水具有明顯的不穩(wěn)定性，系統(tǒng)進水COD 濃度波動較大。但無論進水COD 如何波動，經(jīng)A2O-MBR 系統(tǒng)處理后的出水COD 濃度十分穩(wěn)定且濃度較低，均低于40 mg/L，均值為24 mg/L。COD 平均去除率為93.2%，最高可達96.3%以上。這說明A2O-MBR 系統(tǒng)對有機污染物有良好的去除效果，具備較強的耐沖擊負荷能力。這主要是因為工藝升級為A2O-MBR 后，碳源得到重復利用，所以對COD 去除有所提升。

圖3 A2O-MBR 工藝對COD 的去除效果

2.2 A2O-MBR 工藝對TN 的去除效果

由表2 可知AO-MBR 工藝出水TN 濃度范圍在8.94～16.29mg/L 之間，均值為13.12mg/L。工藝升級改造后試運行期間，A2O-MBR 工藝對TN 的去除效果如圖4 所示。由圖4 可知：A2O-MBR 工藝處理出水TN 濃度范圍在5.2～14.89mg/L 之間，均值為10.99mg/L，提高了原工藝對TN 的去除率，完全符合《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T 18921-2002）標準。

2.3 A2O-MBR 工藝對TP 的去除效果

圖4 A2O-MBR 工藝對TN 的去除效果

由表2 可知AO-MBR 工藝出水TP 濃度范圍在2.21～4.88mg/L 之間，平均去除率為45.80%。工藝升級改造后試運行期間，A2O-MBR 工藝對TP的去除效果如圖5 所示。由圖5 可知，出水TP 濃度范圍0.59～2.45mg/L 之間，均值為1.57mg/L,平均去除率為68.2%。工藝提升改造后大幅度提高了對TP 的去除率。系統(tǒng)運行過程中要保證TP 的去除達標，需要輔助PAC 化學除磷[4]。

圖5 A2O-MBR 工藝對TP 的去除效果

3 污水車間自動控制系統(tǒng)升級及其在教學中的應用

污水車間除工藝改造外，還對整個工藝進行系統(tǒng)控制升級，將產(chǎn)水泵間歇出水抽停比、反沖洗系統(tǒng)、鼓風機等裝置升級為DCS 自動控制，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化控制；增加鼓風機、好氧池、產(chǎn)水泵等設施參數(shù)的點位監(jiān)控和APP 遠程監(jiān)控，對污水處理系統(tǒng)狀況進行遠程控制。此外，還增加了動態(tài)模擬全流程展示平臺和MBR 展示平臺。

3.1 自動控制系統(tǒng)升級

3.1.1 產(chǎn)水泵間歇出水抽停比的調(diào)控

若產(chǎn)水泵連續(xù)運行不僅會增加膜污染程度，還會大大減少MBR 膜的使用壽命，而間歇期長則會降低出水效率，因此合理控制好間歇出水抽停比既可以保證良好的出水效率和出水水質(zhì)，又可以在一定程度上減輕膜污染。

通過本次對工藝的改造，可通過DCS 系統(tǒng)，根據(jù)產(chǎn)水狀況和膜污染情況及時調(diào)整間歇出水抽停比，還可以使用手機APP 遠程根據(jù)現(xiàn)場情況進行控制調(diào)節(jié)，在一定程度上實現(xiàn)了污水處理系統(tǒng)的優(yōu)化運行，同時降低了運行管理難度。

3.1.2 MBR 自動反沖洗系統(tǒng)

MBR 反沖洗是指在不移動MBR 膜組件的狀態(tài)下，將化學清洗藥液通過反沖洗管路反向注入中空纖維膜內(nèi)部，并通過微孔滲透到原水側，使沾染在膜表面的污染物分解，恢復膜通量的方法。

污水處理站工藝改造前，運行人員需根據(jù)跨膜壓差選擇反沖洗周期，并手動進行閥門開關、反沖洗泵的運行等操作，自動化程度較低。本次工藝改造后，運行人員只需設定反沖洗周期，DCS 系統(tǒng)可自動實現(xiàn)產(chǎn)水系統(tǒng)和反沖洗泵的啟停，進行相應的MBR 反沖洗工作，不僅提升了污水處理車間的自動化水平，還大大降低了反沖洗用水量，節(jié)省了能耗。

3.1.3 鼓風機DCS 系統(tǒng)控制

通過更換鼓風機，并將控制箱信號上傳至DCS 系統(tǒng)并集成到遠程控制端，可在DCS 系統(tǒng)監(jiān)控及遠程系統(tǒng)監(jiān)控鼓風機的運行狀態(tài)，運行頻率、電流、風壓，并能設置鼓風機的定時自動切換，實現(xiàn)了根據(jù)水質(zhì)情況、溶解氧實時調(diào)節(jié)進氣量。

3.1.4 污水處理站遠程監(jiān)控系統(tǒng)

本次校園污水處理車間升級改造，增設了鼓風機、MBR 產(chǎn)水泵等動設備的遠程控制，同時增設了鼓風機壓力、MBR 出水流量、跨膜壓差等參數(shù)的遠程監(jiān)控，有助于實現(xiàn)對整個污水處理系統(tǒng)的遠程控制。

1）動設備的啟動控制

對鼓風機、MBR 產(chǎn)水泵、污泥回流泵、MBR 反沖洗泵、變頻供水泵等動設備設置了遠程電位控制，能實現(xiàn)上位機和手機端共同控制，遠程啟停設備。

2）設備參數(shù)遠程監(jiān)控

對鼓風機壓力、MBR 出水壓力、MBR 出水流量、變頻供水泵出水流量等進行了實時監(jiān)控，同時可根據(jù)現(xiàn)場情況對出水流量進行修改。

3）生化反應單元監(jiān)控

在缺氧池中分別增設了氧化還原電位ORP和溶解氧DO 在線監(jiān)測儀，在好氧池增設了DO在線監(jiān)測儀，在MBR 膜池增加了濁度在線監(jiān)測儀和溶解氧在線監(jiān)測儀，其監(jiān)測數(shù)據(jù)能實時上傳至上位機和手機監(jiān)控端，方便實時監(jiān)控生化反應單元運行狀況，便于及時控制鼓風機運行及氣量調(diào)節(jié)，檢驗膜完整性。

4）故障報警系統(tǒng)

系統(tǒng)設置了點位報警系統(tǒng)，如遇到動設備故障或跨膜壓差超標情況，在上位機和手機端都會收到報警信號，同時可進行相應的控制操作，避免出現(xiàn)安全問題。

3.2 系統(tǒng)控制在教學中的應用

污水處理工藝應用于教學，是校園污水車間的另一重要作用。污水車間為環(huán)境類專業(yè)學生提供了教學、實習的實訓基地，同時也為對外環(huán)境類專業(yè)技術培訓、開展“廢水處理工”、“三廢處理工”職業(yè)技能鑒定等工作創(chuàng)造了條件。為了更好的實現(xiàn)教學和培訓目的，污水車間新增動態(tài)模擬全流程展示平臺和MBR 展示平臺。

動態(tài)模擬全流程展示平臺，展示了污水處理車間處理污水的全過程，展示了污水處理的工藝流程、凈化機理，能夠體現(xiàn)水的流動，并配置藍、黃、棕色小燈來體現(xiàn)污水、曝氣、污泥流向。整個平臺具有3d 立體感，給人直觀印象，實現(xiàn)教學、培訓目的。

MBR 展示平臺，展示了MBR 中空纖維簾式膜和MBR 膜組件箱體，并置于玻璃罩內(nèi)，能夠讓學生清楚直接看到MBR 膜組件的內(nèi)部結構，便于理解。

此外，還對好氧池、MBR 膜池等設備增設了觀察平臺，便于現(xiàn)場教學、觀摩、水樣采集、池體清理維護等。

4 結論

1）經(jīng)工藝改造后，長期生產(chǎn)性試驗顯示A2OMBR 工藝對污水處理效果良好，穩(wěn)定運行條件下各出水水質(zhì)指標（除TP 外）基本滿足《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T 18921-2002）限值要求。

2）工藝升級改造后，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化控制，減少了人工操作難度，節(jié)省了能耗，同時實現(xiàn)了對污水處理系統(tǒng)狀況的遠程監(jiān)控。

3）增設污水車間新增動態(tài)模擬全流程展示平臺和MBR 展示平臺，可更好的輔助教學、實訓和相關技術培訓。