高校食堂廢水中水回用方案探討-工業(yè)設(shè)計論文

摘要：未經(jīng)處理的食堂廢水易引起水體富營養(yǎng)化，且給城市排水系統(tǒng)造成較大負(fù)荷，不利于良好用水環(huán)境的形成。針對規(guī)模較大的高校食堂廢水水質(zhì)具有穩(wěn)定、充足、污染較輕和收集、處理較容易的特點，得出在校園中建立中水回用設(shè)施的必要性和可行性，提出切實可行的新方案：物理法預(yù)處理→土壤生物法→物理法終端處理。

關(guān)鍵字：高校食堂廢水   中水回用   秸稈吸附過濾   土壤生化法

引言：目前，全國許多城市面臨水資源短缺的危機(jī)，為解決這一問題，許多地方政府出臺了不少有關(guān)提高水價，限制發(fā)展高用水量的行業(yè)等規(guī)章和措施。而鄭州市是全國30個極度缺水的城市之一。據(jù)節(jié)水辦介紹，根據(jù)南水北調(diào)中線工程的水量分配方案，僅能保證到2010年鄭州市基本不缺水。到2020年，僅市區(qū)就缺水2億噸。如不采取節(jié)水和挖潛措施，鄭州市將遭缺水之痛。

近年來，高校餐飲業(yè)蓬勃發(fā)展，目前國內(nèi)注冊各類學(xué)校食堂約10萬個，而鄭州市高校數(shù)量多，規(guī)模大，這就為高校食堂廢水回用提供了有利條件。本文通過對高校食堂廢水現(xiàn)狀分析，提出新方案，為高校這個用水大戶提供解決節(jié)約用水問題的新思路。

一、高校校園食堂廢水的特點及回用的必要性

根據(jù)現(xiàn)有校園餐飲場所運營后會產(chǎn)生的環(huán)境影響識別和評價，食堂對周邊環(huán)境的主要影響為廢水污染。食堂廢水的成分復(fù)雜，其中的懸浮雜質(zhì)分為以高分子脂類及其衍生物為主的油類和呈飯菜碎粒、不溶性蛋白、纖維質(zhì)及淀粉質(zhì)態(tài)的非溶解性有機(jī)物兩類?，F(xiàn)各高校食堂基本都設(shè)有隔油井，但食堂廢水經(jīng)過隔油井、除渣等預(yù)處理后，仍然會含有大量難機(jī)械處理的乳化膠體狀的油脂、蛋白質(zhì)、食物纖維等有機(jī)污染物，若直接排入污水管道，不僅會黏附于管道，影響城市污水管網(wǎng)，還會給后續(xù)處理帶來麻煩。

以鄭州大學(xué)新校區(qū)食堂廢水水質(zhì)調(diào)查為參考，考慮一個變化周期的水源均和，總體排放原廢水水質(zhì)為(單位：mg/l)：

根據(jù)《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18920- 2002），沖廁水主要出水指標(biāo)為：

采用生物處理及簡單的物理處理方法即可有效降低BOD₅、COD_Cr、SS、氨氮等指標(biāo)；為滿足雜用水水質(zhì)要求，處理設(shè)施BOD₅、COD_Cr、SS的去除率應(yīng)分別達(dá)到：90%、90%、95%——可以實現(xiàn)。

另外，高校食堂廢水水質(zhì)水量變化規(guī)律明顯，水源充足，便于收集，這就為中水回用提供了有利的條件；且考慮高校校園人口密集，水系統(tǒng)較獨立，宿舍、教學(xué)樓較集中，食堂廢水排放量大，而沖廁用水量也大，這就提出了中水回用的必要性。

中水是國際公認(rèn)的“城市第二水源”。中水回用不僅可以解決污水對城市環(huán)境的影響，還可以提高水資源可用總量，是城市重要的開源節(jié)流節(jié)水措施。食堂廢水在城市廢水中所占的比例在逐年遞增，中水回用不但可緩解城市污水處理負(fù)荷，且為高校節(jié)約水資源，有利于良好用水環(huán)境的形成。

二、方案簡述

中水回用的關(guān)鍵是處理技術(shù)，中水處理技術(shù)按其機(jī)理分為生物法、物理化學(xué)法等。生物處理技術(shù)是利用微生物的吸附，氧化分解污水中的有機(jī)物的處理方法，包括好氧生物處理和厭氧生物處理。中水處理多采用好氧生物處理技術(shù)。新方案的構(gòu)思是以生物土壤處理為主的物理—生物—物理方法及實現(xiàn)此方法的設(shè)備，它包括物理方法的預(yù)處理，生物凈化處理和物理方法的終端處理三部分。預(yù)處理部分是用物理的方法用沉渣池除去污水中的食物殘渣碎屑，而沉渣池沉降在流動的污水中難以沉降比重小于2大于1的食物碎屑，隔油池再次攔截吸附并隔除大部分的油質(zhì)污染物。生物凈化處理的部分是在土壤生物好氧反應(yīng)器中進(jìn)行的，充分利用土壤自身特點達(dá)到去除有機(jī)物、凈化污水的目的，終端處理部分也是以物理方法進(jìn)行的，其主要裝置是過濾池、圓形布水器及秸稈層，均勻布水后經(jīng)過秸稈層及最后的沙石凈化獲得回用水，可用于沖廁或沖洗餐廳地面等等。殘渣及其附著物—秸稈層—進(jìn)入沼氣池產(chǎn)沼氣。

工藝流程簡圖：

三、各構(gòu)造的特征

1.   沉渣池

沉渣池去除在流動的污水中難以沉降的比重小于2大于1 的殘渣、碎屑，同時起調(diào)節(jié)水量作用，克服餐飲廢水的排放間斷性及流量不穩(wěn)定性，使后續(xù)處理裝置進(jìn)水均勻，保證秸稈層的截留吸附作用。池底殘渣采用靜水壓排泥，定期排入沼氣池產(chǎn)生沼氣。

2.   隔油池

為更充分利用秸稈層，考慮布水均勻，采用附圖中所示的布水器，分散進(jìn)水流束。鋪設(shè)兩層秸稈對初水進(jìn)行預(yù)處理，減輕后續(xù)工藝的負(fù)荷。利用秸稈這種大纖維的吸附攔截作用，作為載體，攔截餐飲廢水中的大顆粒懸浮固體顆粒，同時吸附餐飲廢水中的油脂。而隔油池另具有沉淀池的作用，進(jìn)一步對初期除油水凈化定期更換秸稈層，將使用過的秸稈（附有大量油脂）放入沼氣池產(chǎn)沼氣。與傳統(tǒng)意義上的隔油池有功能和結(jié)構(gòu)上的差別，該處使用簡化的隔油池結(jié)構(gòu)，使用廉價、吸附油脂效果好的秸稈纖維，保證除油除雜質(zhì)的同時，減輕后續(xù)生物處理的負(fù)荷。且對池型要求不高且減少了隔油墻及一些進(jìn)出水特殊管道，造價更低占地更少。

3.   生物池

該生化池是模擬天然濕地凈化水體的原理，即是利用土壤處理污水的功能達(dá)到凈化水體的目的。

土壤本身為一種多孔介質(zhì)，能吸附和過濾污水中的懸浮顆粒，為下一步的生物處理奠定基礎(chǔ)。生活污水中的懸浮顆粒被截留在土壤中后，在土壤表層漸漸生成黑色的、厚度為2—5厘米的膠狀生物膜。生物膜主要有土壤及污水中的微生物所組成。這些微生物附著在土壤微粒上，依賴吸附過濾作用截留污水中的懸浮固體生存。它們以這些有機(jī)物為碳源和能源，進(jìn)行生長繁殖，同時完成了對污水的凈化處理。

土壤對有機(jī)物的分解主要是好氧微生物的作用。而決定好氧微生物生長繁殖的最關(guān)鍵的因素是土壤中氧氣的含量。如何使氧氣充滿土壤成了本凈化裝置的關(guān)鍵。

據(jù)此我們設(shè)計了如圖所示的凈化裝置。（附圖二）

生化池由三層傾斜的隔板組成，每層隔板上堆放60-70cm厚的活性土壤顆粒。在上一層的隔板和下層土壤上層之間，預(yù)留一定的空間作為空氣層，并對應(yīng)通風(fēng)孔。該生化池采用間歇式進(jìn)水和間歇式落水。進(jìn)水階段土壤先后進(jìn)行好氧、厭氧反應(yīng)；落水階段土壤重新充滿氧氣，恢復(fù)生物活性。

當(dāng)進(jìn)水時水充滿整個池子，好氧微生物消耗土壤中的氧氣分解有機(jī)物，隨著時間的進(jìn)行厭氧微生物也分解微生物。經(jīng)過一定時間后開啟閥門放水，然后靜置生化池，打開池壁上的通風(fēng)孔，使空氣進(jìn)入。對于剛打開的通風(fēng)孔，池子內(nèi)部的空氣濕度較大，隔板又具有一定的傾斜角度，較容易實現(xiàn)池內(nèi)外空氣的對流。由于土壤的厚度不大，形成對流的空氣中的氧可以擴(kuò)散到土壤中，使土壤充有氧氣，微生物借此恢復(fù)生長繁殖，土壤恢復(fù)活性，以便有效處理下一次進(jìn)水。如此交替運行。

為了使污水的處理能夠連續(xù)進(jìn)行，我們設(shè)計了兩個生化池，實施1#池進(jìn)水--2#池落水，1#池落水--2#池進(jìn)水的運行模式，提高處理效率。

4.   過濾池

采用旋轉(zhuǎn)布水器使布水均勻，經(jīng)秸稈層、沙石層凈化出水，降低出水濁度及SS。秸稈層定期更換進(jìn)入沼氣池。

5.   沼氣池

該沼氣池利用食堂廢物、食堂廢水預(yù)處理廢渣以及裝置中定期更換掉的秸稈層產(chǎn)生沼氣，可用于食堂炊事或供暖、照明等等。廢物多次利用，減少廢物排放，實現(xiàn)能源循環(huán)利用的目的。經(jīng)沼氣裝置發(fā)酵后排出的料液和沉渣，含有較豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可用作肥料和飼料。

四、新方案的可行性及優(yōu)點

現(xiàn)有的食堂廢水一般沒有進(jìn)行處理，極少數(shù)單位進(jìn)行處理，其處理方法是采用《中國大百科全書環(huán)境科學(xué)卷環(huán)境工程篇》中是生物化學(xué)法，其處理流程為格柵、篩網(wǎng)、沉砂池預(yù)處理→加壓溶氣曝氣→二次沉淀污泥回流→排放，其缺點是處理場地占地面積大，投資高，日處理量小，污水停留時間長，處理效果卻不盡理想。新方案的目的在于提供一種占地面積小，投資省，操作工藝簡單，充分有效利用污染物降解周期內(nèi)的能源，實現(xiàn)中水回用，建立良好的用水環(huán)境。

本實用新型節(jié)能減排裝置結(jié)合秸稈、土壤自身優(yōu)勢，采用獨特簡單構(gòu)造，能有效去除食堂廢水中的動植物油、COD_cr、BOD_s、SS、氮磷等污染物，克服水體發(fā)生黑臭，影響回用效果。排水能較穩(wěn)定達(dá)到城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可回用于高校各樓舍沖廁、掃除，甚至校園綠化等。而處理過程產(chǎn)生的廢物可進(jìn)入沼氣池產(chǎn)生沼氣，沼氣可回用于餐廳炊事、照明或供暖等，能夠有效實現(xiàn)節(jié)能減排。

綜上所述，本裝置的優(yōu)點在于，結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，所需投資少，操作工藝簡單，排放水達(dá)到非直飲水回用水排放標(biāo)準(zhǔn)，減輕了城市污水處理廠的負(fù)荷，節(jié)約了水資源，殘渣還可用于產(chǎn)沼氣，能源回用，社會和經(jīng)濟(jì)效益好，適用于處理高校食堂廢水，甚至可以推廣至酒店、飯館、賓館、集體食堂等餐飲業(yè)。

五．結(jié)論

（1）高校食堂廢水中污染物SS值很高，濁度很大，BOD、COD值相對較低。因此高校食堂廢水是一個低濃度污染源，它們所形成的分散性活污水排放對環(huán)境造成的危害日趨嚴(yán)重。

（2）物理法預(yù)處理→土壤生物法→物理法終端處理這種新方案是在傳統(tǒng)處理方法基礎(chǔ)上通過綜合各處理方法的優(yōu)點并加以改進(jìn)而提出的。

（3）物理法預(yù)處理→土壤生物法→物理法終端處理工藝結(jié)構(gòu)簡單獨特，并能充分利用秸稈、土壤等廉價材料，充分展示了節(jié)能減排的優(yōu)勢。

（4）這種新方案綜合利用物理法和生物法等多種處理方法，能有效去除餐廳廢水中的有機(jī)物，達(dá)到中水回用的目的

附圖二：

附圖（三）：