高校食堂废水中水回用方案探讨-工业设计论文

摘要：未经处理的食堂废水易引起水体富营养化，且给城市排水系统造成较大负荷，不利于良好用水环境的形成。针对规模较大的高校食堂废水水质具有稳定、充足、污染较轻和收集、处理较容易的特点，得出在校园中建立中水回用设施的必要性和可行性，提出切实可行的新方案：物理法预处理→土壤生物法→物理法终端处理。

关键字：高校食堂废水   中水回用   秸秆吸附过滤   土壤生化法

引言：目前，全国许多城市面临水资源短缺的危机，为解决这一问题，许多地方政府出台了不少有关提高水价，限制发展高用水量的行业等规章和措施。而郑州市是全国30个极度缺水的城市之一。据节水办介绍，根据南水北调中线工程的水量分配方案，仅能保证到2010年郑州市基本不缺水。到2020年，仅市区就缺水2亿吨。如不采取节水和挖潜措施，郑州市将遭缺水之痛。

近年来，高校餐饮业蓬勃发展，目前国内注册各类学校食堂约10万个，而郑州市高校数量多，规模大，这就为高校食堂废水回用提供了有利条件。本文通过对高校食堂废水现状分析，提出新方案，为高校这个用水大户提供解决节约用水问题的新思路。

一、高校校园食堂废水的特点及回用的必要性

根据现有校园餐饮场所运营后会产生的环境影响识别和评价，食堂对周边环境的主要影响为废水污染。食堂废水的成分复杂，其中的悬浮杂质分为以高分子脂类及其衍生物为主的油类和呈饭菜碎粒、不溶性蛋白、纤维质及淀粉质态的非溶解性有机物两类。现各高校食堂基本都设有隔油井，但食堂废水经过隔油井、除渣等预处理后，仍然会含有大量难机械处理的乳化胶体状的油脂、蛋白质、食物纤维等有机污染物，若直接排入污水管道，不仅会黏附于管道，影响城市污水管网，还会给后续处理带来麻烦。

以郑州大学新校区食堂废水水质调查为参考，考虑一个变化周期的水源均和，总体排放原废水水质为(单位：mg/l)：

根据《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》（GB/T 18920- 2002），冲厕水主要出水指标为：

采用生物处理及简单的物理处理方法即可有效降低BOD₅、COD_Cr、SS、氨氮等指标；为满足杂用水水质要求，处理设施BOD₅、COD_Cr、SS的去除率应分别达到：90%、90%、95%——可以实现。

另外，高校食堂废水水质水量变化规律明显，水源充足，便于收集，这就为中水回用提供了有利的条件；且考虑高校校园人口密集，水系统较独立，宿舍、教学楼较集中，食堂废水排放量大，而冲厕用水量也大，这就提出了中水回用的必要性。

中水是国际公认的“城市第二水源”。中水回用不仅可以解决污水对城市环境的影响，还可以提高水资源可用总量，是城市重要的开源节流节水措施。食堂废水在城市废水中所占的比例在逐年递增，中水回用不但可缓解城市污水处理负荷，且为高校节约水资源，有利于良好用水环境的形成。

二、方案简述

中水回用的关键是处理技术，中水处理技术按其机理分为生物法、物理化学法等。生物处理技术是利用微生物的吸附，氧化分解污水中的有机物的处理方法，包括好氧生物处理和厌氧生物处理。中水处理多采用好氧生物处理技术。新方案的构思是以生物土壤处理为主的物理—生物—物理方法及实现此方法的设备，它包括物理方法的预处理，生物净化处理和物理方法的终端处理三部分。预处理部分是用物理的方法用沉渣池除去污水中的食物残渣碎屑，而沉渣池沉降在流动的污水中难以沉降比重小于2大于1的食物碎屑，隔油池再次拦截吸附并隔除大部分的油质污染物。生物净化处理的部分是在土壤生物好氧反应器中进行的，充分利用土壤自身特点达到去除有机物、净化污水的目的，终端处理部分也是以物理方法进行的，其主要装置是过滤池、圆形布水器及秸秆层，均匀布水后经过秸秆层及最后的沙石净化获得回用水，可用于冲厕或冲洗餐厅地面等等。残渣及其附着物—秸秆层—进入沼气池产沼气。

工艺流程简图：

三、各构造的特征

1.   沉渣池

沉渣池去除在流动的污水中难以沉降的比重小于2大于1 的残渣、碎屑，同时起调节水量作用，克服餐饮废水的排放间断性及流量不稳定性，使后续处理装置进水均匀，保证秸秆层的截留吸附作用。池底残渣采用静水压排泥，定期排入沼气池产生沼气。

2.   隔油池

为更充分利用秸秆层，考虑布水均匀，采用附图中所示的布水器，分散进水流束。铺设两层秸秆对初水进行预处理，减轻后续工艺的负荷。利用秸秆这种大纤维的吸附拦截作用，作为载体，拦截餐饮废水中的大颗粒悬浮固体颗粒，同时吸附餐饮废水中的油脂。而隔油池另具有沉淀池的作用，进一步对初期除油水净化定期更换秸秆层，将使用过的秸秆（附有大量油脂）放入沼气池产沼气。与传统意义上的隔油池有功能和结构上的差别，该处使用简化的隔油池结构，使用廉价、吸附油脂效果好的秸秆纤维，保证除油除杂质的同时，减轻后续生物处理的负荷。且对池型要求不高且减少了隔油墙及一些进出水特殊管道，造价更低占地更少。

3.   生物池

该生化池是模拟天然湿地净化水体的原理，即是利用土壤处理污水的功能达到净化水体的目的。

土壤本身为一种多孔介质，能吸附和过滤污水中的悬浮颗粒，为下一步的生物处理奠定基础。生活污水中的悬浮颗粒被截留在土壤中后，在土壤表层渐渐生成黑色的、厚度为2—5厘米的胶状生物膜。生物膜主要有土壤及污水中的微生物所组成。这些微生物附着在土壤微粒上，依赖吸附过滤作用截留污水中的悬浮固体生存。它们以这些有机物为碳源和能源，进行生长繁殖，同时完成了对污水的净化处理。

土壤对有机物的分解主要是好氧微生物的作用。而决定好氧微生物生长繁殖的最关键的因素是土壤中氧气的含量。如何使氧气充满土壤成了本净化装置的关键。

据此我们设计了如图所示的净化装置。（附图二）

生化池由三层倾斜的隔板组成，每层隔板上堆放60-70cm厚的活性土壤颗粒。在上一层的隔板和下层土壤上层之间，预留一定的空间作为空气层，并对应通风孔。该生化池采用间歇式进水和间歇式落水。进水阶段土壤先后进行好氧、厌氧反应；落水阶段土壤重新充满氧气，恢复生物活性。

当进水时水充满整个池子，好氧微生物消耗土壤中的氧气分解有机物，随着时间的进行厌氧微生物也分解微生物。经过一定时间后开启阀门放水，然后静置生化池，打开池壁上的通风孔，使空气进入。对于刚打开的通风孔，池子内部的空气湿度较大，隔板又具有一定的倾斜角度，较容易实现池内外空气的对流。由于土壤的厚度不大，形成对流的空气中的氧可以扩散到土壤中，使土壤充有氧气，微生物借此恢复生长繁殖，土壤恢复活性，以便有效处理下一次进水。如此交替运行。

为了使污水的处理能够连续进行，我们设计了两个生化池，实施1#池进水--2#池落水，1#池落水--2#池进水的运行模式，提高处理效率。

4.   过滤池

采用旋转布水器使布水均匀，经秸秆层、沙石层净化出水，降低出水浊度及SS。秸秆层定期更换进入沼气池。

5.   沼气池

该沼气池利用食堂废物、食堂废水预处理废渣以及装置中定期更换掉的秸秆层产生沼气，可用于食堂炊事或供暖、照明等等。废物多次利用，减少废物排放，实现能源循环利用的目的。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。

四、新方案的可行性及优点

现有的食堂废水一般没有进行处理，极少数单位进行处理，其处理方法是采用《中国大百科全书环境科学卷环境工程篇》中是生物化学法，其处理流程为格栅、筛网、沉砂池预处理→加压溶气曝气→二次沉淀污泥回流→排放，其缺点是处理场地占地面积大，投资高，日处理量小，污水停留时间长，处理效果却不尽理想。新方案的目的在于提供一种占地面积小，投资省，操作工艺简单，充分有效利用污染物降解周期内的能源，实现中水回用，建立良好的用水环境。

本实用新型节能减排装置结合秸秆、土壤自身优势，采用独特简单构造，能有效去除食堂废水中的动植物油、COD_cr、BOD_s、SS、氮磷等污染物，克服水体发生黑臭，影响回用效果。排水能较稳定达到城市污水再生利用城市杂用水水质标准，可回用于高校各楼舍冲厕、扫除，甚至校园绿化等。而处理过程产生的废物可进入沼气池产生沼气，沼气可回用于餐厅炊事、照明或供暖等，能够有效实现节能减排。

综上所述，本装置的优点在于，结构简单，占地面积小，所需投资少，操作工艺简单，排放水达到非直饮水回用水排放标准，减轻了城市污水处理厂的负荷，节约了水资源，残渣还可用于产沼气，能源回用，社会和经济效益好，适用于处理高校食堂废水，甚至可以推广至酒店、饭馆、宾馆、集体食堂等餐饮业。

五．结论

（1）高校食堂废水中污染物SS值很高，浊度很大，BOD、COD值相对较低。因此高校食堂废水是一个低浓度污染源，它们所形成的分散性活污水排放对环境造成的危害日趋严重。

（2）物理法预处理→土壤生物法→物理法终端处理这种新方案是在传统处理方法基础上通过综合各处理方法的优点并加以改进而提出的。

（3）物理法预处理→土壤生物法→物理法终端处理工艺结构简单独特，并能充分利用秸秆、土壤等廉价材料，充分展示了节能减排的优势。

（4）这种新方案综合利用物理法和生物法等多种处理方法，能有效去除餐厅废水中的有机物，达到中水回用的目的

附图二：

附图（三）：