趙偉偉，褚文瑋,宮艷超

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

近年來(lái)，隨著我國(guó)高等教育的不斷發(fā)展，高校建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)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(lái)自于學(xué)生宿舍、教學(xué)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(jì)效益和環(huán)境效益，對(duì)推廣綠色生態(tài)校園建設(shè)具有重要的意義[1,2]。

本研究針對(duì)校園污水處理車間AO-MBR 工藝運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，出現(xiàn)設(shè)備工藝?yán)匣葐?wèn)題，通過(guò)對(duì)工藝設(shè)備進(jìn)行提標(biāo)改造，重點(diǎn)分析新工藝對(duì)水質(zhì)的去除效果，探討自控系統(tǒng)升級(jí)改造及其在教學(xué)中的應(yīng)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(jìn)水來(lái)源主要是校園學(xué)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(bǔ)充用水。原水水質(zhì)和回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 原水水質(zhì)和回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

校園污水處理車間采用AO-MBR 工藝，如圖1 所示，運(yùn)行時(shí)間已長(zhǎng)達(dá)7a，出水水質(zhì)不穩(wěn)定，出水效果不理想。另外由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，出現(xiàn)工藝設(shè)備老化，設(shè)備故障率高、能耗高，構(gòu)筑物沉積物過(guò)多、自動(dòng)化程度低、目視控制不清晰等問(wèn)題。

圖1 AO-MBR 工藝流程

1.2 工藝改造設(shè)計(jì)

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(duì)集水井、調(diào)節(jié)池、厭氧池、好氧池等主要污水處理構(gòu)筑物的內(nèi)部沉積物進(jìn)行清理，對(duì)MBR 膜組件進(jìn)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(yùn)行穩(wěn)定后，對(duì)進(jìn)、出水水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)一個(gè)月監(jiān)測(cè)。水質(zhì)分析各項(xiàng)指標(biāo)均采用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)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(guò)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(yùn)行效果分析

新老工藝對(duì)污水的去除效果見(jiàn)表2。由表2可知：工藝升級(jí)改造后既保持了對(duì)NH3-N 高的去除率，又大大提高了對(duì)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(biāo)準(zhǔn)。

表2 新老工藝進(jìn)、出水水質(zhì)及去除率

2.1 A2O-MBR 工藝對(duì)COD 的去除效果

A2O-MBR 工藝對(duì)COD 的去除效果如圖3 所示。由圖3 可見(jiàn)，校園生活污水具有明顯的不穩(wěn)定性，系統(tǒng)進(jìn)水COD 濃度波動(dòng)較大。但無(wú)論進(jìn)水COD 如何波動(dòng)，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(dá)96.3%以上。這說(shuō)明A2O-MBR 系統(tǒng)對(duì)有機(jī)污染物有良好的去除效果，具備較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力。這主要是因?yàn)楣に嚿?jí)為A2O-MBR 后，碳源得到重復(fù)利用，所以對(duì)COD 去除有所提升。

圖3 A2O-MBR 工藝對(duì)COD 的去除效果

2.2 A2O-MBR 工藝對(duì)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(jí)改造后試運(yùn)行期間，A2O-MBR 工藝對(duì)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)。

2.3 A2O-MBR 工藝對(duì)TP 的去除效果

圖4 A2O-MBR 工藝對(duì)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(jí)改造后試運(yùn)行期間，A2O-MBR 工藝對(duì)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(duì)TP 的去除率。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中要保證TP 的去除達(dá)標(biāo)，需要輔助PAC 化學(xué)除磷[4]。

圖5 A2O-MBR 工藝對(duì)TP 的去除效果

3 污水車間自動(dòng)控制系統(tǒng)升級(jí)及其在教學(xué)中的應(yīng)用

污水車間除工藝改造外，還對(duì)整個(gè)工藝進(jìn)行系統(tǒng)控制升級(jí)，將產(chǎn)水泵間歇出水抽停比、反沖洗系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)等裝置升級(jí)為DCS 自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化控制；增加鼓風(fēng)機(jī)、好氧池、產(chǎn)水泵等設(shè)施參數(shù)的點(diǎn)位監(jiān)控和APP 遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)污水處理系統(tǒng)狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。此外，還增加了動(dòng)態(tài)模擬全流程展示平臺(tái)和MBR 展示平臺(tái)。

3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)升級(jí)

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(yùn)行不僅會(huì)增加膜污染程度，還會(huì)大大減少M(fèi)BR 膜的使用壽命，而間歇期長(zhǎng)則會(huì)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(guò)本次對(duì)工藝的改造，可通過(guò)DCS 系統(tǒng)，根據(jù)產(chǎn)水狀況和膜污染情況及時(shí)調(diào)整間歇出水抽停比，還可以使用手機(jī)APP 遠(yuǎn)程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了污水處理系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，同時(shí)降低了運(yùn)行管理難度。

3.1.2 MBR 自動(dòng)反沖洗系統(tǒng)

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

污水處理站工藝改造前，運(yùn)行人員需根據(jù)跨膜壓差選擇反沖洗周期，并手動(dòng)進(jìn)行閥門(mén)開(kāi)關(guān)、反沖洗泵的運(yùn)行等操作，自動(dòng)化程度較低。本次工藝改造后，運(yùn)行人員只需設(shè)定反沖洗周期，DCS 系統(tǒng)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)水系統(tǒng)和反沖洗泵的啟停，進(jìn)行相應(yīng)的MBR 反沖洗工作，不僅提升了污水處理車間的自動(dòng)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(fēng)機(jī)DCS 系統(tǒng)控制

通過(guò)更換鼓風(fēng)機(jī)，并將控制箱信號(hào)上傳至DCS 系統(tǒng)并集成到遠(yuǎn)程控制端，可在DCS 系統(tǒng)監(jiān)控及遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行頻率、電流、風(fēng)壓，并能設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)的定時(shí)自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)水質(zhì)情況、溶解氧實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量。

3.1.4 污水處理站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

本次校園污水處理車間升級(jí)改造，增設(shè)了鼓風(fēng)機(jī)、MBR 產(chǎn)水泵等動(dòng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，同時(shí)增設(shè)了鼓風(fēng)機(jī)壓力、MBR 出水流量、跨膜壓差等參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)污水處理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。

1）動(dòng)設(shè)備的啟動(dòng)控制

對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、MBR 產(chǎn)水泵、污泥回流泵、MBR 反沖洗泵、變頻供水泵等動(dòng)設(shè)備設(shè)置了遠(yuǎn)程電位控制，能實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和手機(jī)端共同控制，遠(yuǎn)程啟停設(shè)備。

2）設(shè)備參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控

對(duì)鼓風(fēng)機(jī)壓力、MBR 出水壓力、MBR 出水流量、變頻供水泵出水流量等進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)出水流量進(jìn)行修改。

3）生化反應(yīng)單元監(jiān)控

在缺氧池中分別增設(shè)了氧化還原電位ORP和溶解氧DO 在線監(jiān)測(cè)儀，在好氧池增設(shè)了DO在線監(jiān)測(cè)儀，在MBR 膜池增加了濁度在線監(jiān)測(cè)儀和溶解氧在線監(jiān)測(cè)儀，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)上傳至上位機(jī)和手機(jī)監(jiān)控端，方便實(shí)時(shí)監(jiān)控生化反應(yīng)單元運(yùn)行狀況，便于及時(shí)控制鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行及氣量調(diào)節(jié)，檢驗(yàn)?zāi)ね暾浴?/p>

4）故障報(bào)警系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)置了點(diǎn)位報(bào)警系統(tǒng)，如遇到動(dòng)設(shè)備故障或跨膜壓差超標(biāo)情況，在上位機(jī)和手機(jī)端都會(huì)收到報(bào)警信號(hào)，同時(shí)可進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，避免出現(xiàn)安全問(wèn)題。

3.2 系統(tǒng)控制在教學(xué)中的應(yīng)用

污水處理工藝應(yīng)用于教學(xué)，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(xué)生提供了教學(xué)、實(shí)習(xí)的實(shí)訓(xùn)基地，同時(shí)也為對(duì)外環(huán)境類專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)、開(kāi)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(shí)現(xiàn)教學(xué)和培訓(xùn)目的，污水車間新增動(dòng)態(tài)模擬全流程展示平臺(tái)和MBR 展示平臺(tái)。

動(dòng)態(tài)模擬全流程展示平臺(tái)，展示了污水處理車間處理污水的全過(guò)程，展示了污水處理的工藝流程、凈化機(jī)理，能夠體現(xiàn)水的流動(dòng)，并配置藍(lán)、黃、棕色小燈來(lái)體現(xiàn)污水、曝氣、污泥流向。整個(gè)平臺(tái)具有3d 立體感，給人直觀印象，實(shí)現(xiàn)教學(xué)、培訓(xùn)目的。

MBR 展示平臺(tái)，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(xué)生清楚直接看到MBR 膜組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，便于理解。

此外，還對(duì)好氧池、MBR 膜池等設(shè)備增設(shè)了觀察平臺(tái)，便于現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、觀摩、水樣采集、池體清理維護(hù)等。

4 結(jié)論

1）經(jīng)工藝改造后，長(zhǎng)期生產(chǎn)性試驗(yàn)顯示A2OMBR 工藝對(duì)污水處理效果良好，穩(wěn)定運(yùn)行條件下各出水水質(zhì)指標(biāo)（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(jí)改造后，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，減少了人工操作難度，節(jié)省了能耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水處理系統(tǒng)狀況的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3）增設(shè)污水車間新增動(dòng)態(tài)模擬全流程展示平臺(tái)和MBR 展示平臺(tái)，可更好的輔助教學(xué)、實(shí)訓(xùn)和相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)。