校园污水处理车间工艺改造运行效果对比

赵伟伟，褚文玮,宫艳超

（天津渤海职业技术学院，天津300402）

近年来，随着我国高等教育的不断发展，高校建设规模不断扩大，校园绿化、水景等用水量不断加大，成为城市生活污水的重要组成部分之一。高校污水主要来自于学生宿舍、教学楼和澡堂，水量较大、集中，而且水质稳定，容易处理。因此将高校的生活污水（盥洗、洗衣和洗浴废水等）收集后，再生回用于冲厕、绿化、道路冲洗、人工河湖等，既能够节省水资源，又能产生良好的经济效益和环境效益，对推广绿色生态校园建设具有重要的意义[1,2]。

本研究针对校园污水处理车间AO-MBR 工艺运行时间较长，出现设备工艺老化等问题，通过对工艺设备进行提标改造，重点分析新工艺对水质的去除效果，探讨自控系统升级改造及其在教学中的应用。

1 污水处理车间概况

1.1 车间处理工艺

污水车间日处理规模100m3/d，进水来源主要是校园学生宿舍的生活污水及食堂废水等；经污水车间处理后出水作为校园绿化用水和景观湖补充用水。原水水质和回用水水质标准如表1 所示。

表1 原水水质和回用水水质标准

校园污水处理车间采用AO-MBR 工艺，如图1 所示，运行时间已长达7a，出水水质不稳定，出水效果不理想。另外由于运行时间长，出现工艺设备老化，设备故障率高、能耗高，构筑物沉积物过多、自动化程度低、目视控制不清晰等问题。

图1 AO-MBR 工艺流程

1.2 工艺改造设计

污水车间将原AO-MBR 工艺增加缺氧池，改造为A2O-MBR 工艺，工艺流程如图2 所示：增加了系统脱氮除磷的功能；并对集水井、调节池、厌氧池、好氧池等主要污水处理构筑物的内部沉积物进行清理，对MBR 膜组件进行更换。

1.3 分析方法

图2 A2O-MBR 工艺流程

A2O-MBR 工艺调试运行稳定后，对进、出水水质进行连续一个月监测。水质分析各项指标均采用标准方法测定[3]：COD 采用重铬酸钾法；NH3-N 采用纳氏试剂分光光度法；TN 采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法；TP 采用钼酸铵分光光度法。

2 运行效果分析

新老工艺对污水的去除效果见表2。由表2可知：工艺升级改造后既保持了对NH3-N 高的去除率，又大大提高了对COD、TN 和TP 的去除效果，使得出水COD 浓度均值降至24mg/L，NH3-N浓度降至0.65mg/L，TN 浓度均值降至10.99mg/L，出水TP 浓度降至1.57mg/L，除TP 外，完全符合《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T 18921-2002）标准。

表2 新老工艺进、出水水质及去除率

2.1 A2O-MBR 工艺对COD 的去除效果

A2O-MBR 工艺对COD 的去除效果如图3 所示。由图3 可见，校园生活污水具有明显的不稳定性，系统进水COD 浓度波动较大。但无论进水COD 如何波动，经A2O-MBR 系统处理后的出水COD 浓度十分稳定且浓度较低，均低于40 mg/L，均值为24 mg/L。COD 平均去除率为93.2%，最高可达96.3%以上。这说明A2O-MBR 系统对有机污染物有良好的去除效果，具备较强的耐冲击负荷能力。这主要是因为工艺升级为A2O-MBR 后，碳源得到重复利用，所以对COD 去除有所提升。

图3 A2O-MBR 工艺对COD 的去除效果

2.2 A2O-MBR 工艺对TN 的去除效果

由表2 可知AO-MBR 工艺出水TN 浓度范围在8.94～16.29mg/L 之间，均值为13.12mg/L。工艺升级改造后试运行期间，A2O-MBR 工艺对TN 的去除效果如图4 所示。由图4 可知：A2O-MBR 工艺处理出水TN 浓度范围在5.2～14.89mg/L 之间，均值为10.99mg/L，提高了原工艺对TN 的去除率，完全符合《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T 18921-2002）标准。

2.3 A2O-MBR 工艺对TP 的去除效果

图4 A2O-MBR 工艺对TN 的去除效果

由表2 可知AO-MBR 工艺出水TP 浓度范围在2.21～4.88mg/L 之间，平均去除率为45.80%。工艺升级改造后试运行期间，A2O-MBR 工艺对TP的去除效果如图5 所示。由图5 可知，出水TP 浓度范围0.59～2.45mg/L 之间，均值为1.57mg/L,平均去除率为68.2%。工艺提升改造后大幅度提高了对TP 的去除率。系统运行过程中要保证TP 的去除达标，需要辅助PAC 化学除磷[4]。

图5 A2O-MBR 工艺对TP 的去除效果

3 污水车间自动控制系统升级及其在教学中的应用

污水车间除工艺改造外，还对整个工艺进行系统控制升级，将产水泵间歇出水抽停比、反冲洗系统、鼓风机等装置升级为DCS 自动控制，实现了系统的自动化控制；增加鼓风机、好氧池、产水泵等设施参数的点位监控和APP 远程监控，对污水处理系统状况进行远程控制。此外，还增加了动态模拟全流程展示平台和MBR 展示平台。

3.1 自动控制系统升级

3.1.1 产水泵间歇出水抽停比的调控

若产水泵连续运行不仅会增加膜污染程度，还会大大减少MBR 膜的使用寿命，而间歇期长则会降低出水效率，因此合理控制好间歇出水抽停比既可以保证良好的出水效率和出水水质，又可以在一定程度上减轻膜污染。

通过本次对工艺的改造，可通过DCS 系统，根据产水状况和膜污染情况及时调整间歇出水抽停比，还可以使用手机APP 远程根据现场情况进行控制调节，在一定程度上实现了污水处理系统的优化运行，同时降低了运行管理难度。

3.1.2 MBR 自动反冲洗系统

MBR 反冲洗是指在不移动MBR 膜组件的状态下，将化学清洗药液通过反冲洗管路反向注入中空纤维膜内部，并通过微孔渗透到原水侧，使沾染在膜表面的污染物分解，恢复膜通量的方法。

污水处理站工艺改造前，运行人员需根据跨膜压差选择反冲洗周期，并手动进行阀门开关、反冲洗泵的运行等操作，自动化程度较低。本次工艺改造后，运行人员只需设定反冲洗周期，DCS 系统可自动实现产水系统和反冲洗泵的启停，进行相应的MBR 反冲洗工作，不仅提升了污水处理车间的自动化水平，还大大降低了反冲洗用水量，节省了能耗。

3.1.3 鼓风机DCS 系统控制

通过更换鼓风机，并将控制箱信号上传至DCS 系统并集成到远程控制端，可在DCS 系统监控及远程系统监控鼓风机的运行状态，运行频率、电流、风压，并能设置鼓风机的定时自动切换，实现了根据水质情况、溶解氧实时调节进气量。

3.1.4 污水处理站远程监控系统

本次校园污水处理车间升级改造，增设了鼓风机、MBR 产水泵等动设备的远程控制，同时增设了鼓风机压力、MBR 出水流量、跨膜压差等参数的远程监控，有助于实现对整个污水处理系统的远程控制。

1）动设备的启动控制

对鼓风机、MBR 产水泵、污泥回流泵、MBR 反冲洗泵、变频供水泵等动设备设置了远程电位控制，能实现上位机和手机端共同控制，远程启停设备。

2）设备参数远程监控

对鼓风机压力、MBR 出水压力、MBR 出水流量、变频供水泵出水流量等进行了实时监控，同时可根据现场情况对出水流量进行修改。

3）生化反应单元监控

在缺氧池中分别增设了氧化还原电位ORP和溶解氧DO 在线监测仪，在好氧池增设了DO在线监测仪，在MBR 膜池增加了浊度在线监测仪和溶解氧在线监测仪，其监测数据能实时上传至上位机和手机监控端，方便实时监控生化反应单元运行状况，便于及时控制鼓风机运行及气量调节，检验膜完整性。

4）故障报警系统

系统设置了点位报警系统，如遇到动设备故障或跨膜压差超标情况，在上位机和手机端都会收到报警信号，同时可进行相应的控制操作，避免出现安全问题。

3.2 系统控制在教学中的应用

污水处理工艺应用于教学，是校园污水车间的另一重要作用。污水车间为环境类专业学生提供了教学、实习的实训基地，同时也为对外环境类专业技术培训、开展“废水处理工”、“三废处理工”职业技能鉴定等工作创造了条件。为了更好的实现教学和培训目的，污水车间新增动态模拟全流程展示平台和MBR 展示平台。

动态模拟全流程展示平台，展示了污水处理车间处理污水的全过程，展示了污水处理的工艺流程、净化机理，能够体现水的流动，并配置蓝、黄、棕色小灯来体现污水、曝气、污泥流向。整个平台具有3d 立体感，给人直观印象，实现教学、培训目的。

MBR 展示平台，展示了MBR 中空纤维帘式膜和MBR 膜组件箱体，并置于玻璃罩内，能够让学生清楚直接看到MBR 膜组件的内部结构，便于理解。

此外，还对好氧池、MBR 膜池等设备增设了观察平台，便于现场教学、观摩、水样采集、池体清理维护等。

4 结论

1）经工艺改造后，长期生产性试验显示A2OMBR 工艺对污水处理效果良好，稳定运行条件下各出水水质指标（除TP 外）基本满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T 18921-2002）限值要求。

2）工艺升级改造后，实现了系统的自动化控制，减少了人工操作难度，节省了能耗，同时实现了对污水处理系统状况的远程监控。

3）增设污水车间新增动态模拟全流程展示平台和MBR 展示平台，可更好的辅助教学、实训和相关技术培训。