高芬 黄晓一 雷鹏 张新生

北京化工大学 北京 100029

生活污水的回收再利用是水资源循环利用的一个重要组成部分。随着高校规模的扩大，校园污水排放量不断增加，尤其是老校区的生活污水排放，面临更大的压力，为了减轻市政污水处理压力，保证市政污水处理系统的平稳运行，各地政府纷纷出台了新的污水排放标准。高校的老校区大多建于上个世纪五、六十年代，其整体布局和各类管网大多数沿用至今，导致生活污水大部分直接排入市政管网，目前已经无法达到排放要求[1-3]。因此，高校生活污水的处理、回用和达标排放势在必行，科学规划和选择高校生活污水处理再利用及达标排放策略至关重要。

本文以北京化工大学朝阳校区生活污水处理、回用及达标排放改造工程为例，依托我校的污水处理科研成果以及我校的“北京市水处理环保材料工程技术研究中心”的技术，对朝阳校区生活污水处理系统改造工程进行总结，旨在为今后类似项目提供有益的借鉴。

1 项目提出和整体方案

北京化工大学朝阳校区创立于1958年，校内建筑面积约26万平方米，学校在校师生总数约2万人，每日用水量约为1,500吨。校内建筑物的兴建是随着学校的发展逐渐进行的，地下管网建设始于上世纪五、六十年代，其中雨水和污水管材新旧混用，从最初的缸瓦管、混凝土管到后来的HDPE双壁波纹管混合交叉，老旧管道堵塞问题时有发生，急需改造和更新。

2017年昌平新校区投入使用，部分学生搬入新校区学习和生活，学校决定对朝阳校区基础设施进行改造和提升。改造之前，我们考虑到以前的用水模式，集中浴室淋浴废水和学生宿舍楼的盥洗间废水与卫生间污水一同排放，我们进行了地下管网使用情况的调研，首先对污水管网进行分类，从污水管网系统分离学生宿舍区盥洗间、集中浴室、食堂洗菜等排水管道，并铺设管道将这些污水引入校区内的中水站，补充中水站收集废水不足的问题，这些废水经过处理后达到中水标准，用于冲洗厕所和绿化浇灌。此外，其余污水管网系统保持不变，只更换已经严重破损或经常堵塞的管道，全部污水引入污水站处理站，经处理达到标准后排入市政污水管网。校园雨水通过独立的雨水管网进行汇集后直接排入市政雨水管网系统。

根据我校的具体情况，校园污水的处理方案可以分为三个主要部分：

（1）校园雨水处理：这一部分相对较简单，涉及对原有雨水管网进行疏通和修缮，同时修建雨水调节池。一部分雨水直接排入市政雨水管网，另一部分经过雨水调节池再排入市政雨水管网。

（2）洗浴废水和学生宿舍盥洗间废水的处理：这些废水经过种水处理站的膜生物反应器一体化工艺处理后，用于校园绿化和冲洗厕所。

（3）生活污水处理：生活污水经过A/O工艺处理后，达到了《污水排入城市下水道水质标准》（GB/T 31962-2015）中的B标准，然后排入城市污水管网。

这些措施有助于有效管理和处理校园内不同来源的污水，以实现环境保护和水资源的合理利用。

图1 校园污水处理总体方案

2 洗浴废水的处理和回用

我校学生每日学生宿舍盥洗间废水、集中洗浴废水和食堂洗菜废水收集量约为300吨，我们采用了MBR（Membrane Bio-reactor）工艺对校园收集的废水进行处理，以满足中水回用的标准。MBR工艺是一种新型废水生物处理技术，它将现代膜分离技术与生物技术有机结合在一起，将污水处理中的活性污泥法与膜分离技术中的超微滤技术相结合，使用膜组件代替传统的活性污泥法中的二沉池[4]。MBR工艺的主要特点是污泥负荷率高，去除率高，抗污泥膨胀能力较强，出水水质良好且稳定可靠，悬浮物几乎为零，可直接回用；反应器运行灵活稳定，污泥停留时问较长，剩余污泥大大减少，易于自动化控制管理，脱氮脱磷效果较好，处理后的水细菌总数比较少，达饮用水标准，无须进行紫外线、臭氧消毒。MBR工艺能够同时实现污染物降解和泥水分离的目标，其具备流程简单、运行稳定、结构紧凑等特点，处理设备占地面积相对较少，总造价与传统模式相比偏低，因此特别适合处理高校校园的洗浴废水。在此次的MBR工艺装备中部分采用了北京化工大学“北京市水处理环保材料工程技术研究中心”的专利技术“生物碳纤维平板膜组件及污水处理反应器（ZL2011104258216）”，该生物碳纤维平板膜组件，将过滤膜与生态碳纤维复合材料合理地结合在一起，对污水先经过滤膜过滤，再经生态碳纤维复合材料进一步吸附净化，进而提高清水的纯度和洁净度，提高平板膜组件的耐污性和膜通量及使用寿命，图3是生物碳纤维平板膜组件及其结构和工作原理示意图。在生物碳纤维平板膜组件中，采用的生物碳纤维复合材料通过将比表面积大于1300m2/g的生物活性碳纤维作为芯层，使这种生态碳纤维复合材料在具有比表面积大、孔径分布合理，吸附性高，其能够改善现有膜污染的现状，同时在芯层外侧设置丙纶纤维网眼布以起到增强作用，使得该生态碳纤维复合材料具有较高的强度，进而使得生物碳纤维平板膜组件坚固耐用。

图2 洗浴废水MBR处理工艺流程图

图3 生物碳纤维平板膜组件及其工作原理

通过MBR工艺处理后，得到的中水水质符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T 18920-2020）的标准，可用于校园绿化和冲洗厕所。这一处理方案充分考虑了高校校园污水处理的不同使用需求，实现了资源的有效回收和再利用，为环保和可持续发展提供了有益的解决方案。

3 生活污水的处理和达标排放

因为高校师生人数众多、人口密度大、生活作息时间较为规律，高校的用水特点是污水排放时段较为集中，用水量高于普通居民生活区，但在寒暑假期间，用水量又急剧减少，因此，校园污水处理需要根据这一特殊的使用模式调整，而不能简单套用市政污水排放比较均匀的处理模式。

生活污水的处理采用A/O（Anaerobic Oxic）工艺，即厌氧/好氧工艺，其中A代表厌氧段，主要用于脱氮和除磷，而O代表好氧段，主要用于去除水中的有机物，A/O工艺的独特之处在于它不仅有效降解有机污染物，还具备脱氮和除磷的功能[5]。该工艺的处理流程如图4所示，在“生物接触氧化池”中同样部分使用了北京化工大学“北京市水处理环保材料工程技术研究中心”的专利技术“一种生物碳纤维水处理填料的制备方法及应用（ZL2012103085820）”，生物碳纤维经过表面改性处理具有优异的生物相容性，由于碳纤维的比表面积比较大，对微生物有很强的吸附作用，微生物被吸附到碳纤维表面后，由于经过表面改性处理，生物碳纤维表面的官能团易于微生物附着和生长，所以挂膜快。另外，生物碳纤维上具有微小孔洞，在曝气和水的流动作用下可以产生超声波，生物碳纤维不仅微生物挂膜快，而且凋亡的微生物可以快速脱落，促进微生物的更新代谢，显著提高污水处理效果。生物碳纤维具有表面能较高、与水的润湿性好、表面亲水性能好的性能，这些性能都使得生物活性碳纤维更适用于污水处理，以吸附污水中的污染物和形成生物膜，图5为挂膜前后生物碳纤维填料的照片。

图4 生活污水处理工艺流程图

图5 挂膜前后生物碳纤维填料的照片

生活污水经过这一工艺处理后，水质达到了《污水排入城市下水道水质标准》（GB/T 31962-2015）中的B标准，可以安全排入城市污水管网。表1列示了生活污水处理前后的水质指标。

表1 生活污水处理前和处理后水质指标

4 实施效果和运行管理

北京化工大学是教育部直属全国重点大学，地处朝阳区北三环，是城市中心地带，为了维护优雅、美观、和谐的校园环境，在建设污水处理站决策阶段，就确定将污水处理站完全建设在地下，污水处理站建成后，上方区域设计建设了花园绿地和人文景观，成为校园内一道令人印象深刻的花园，相关照片见图6，目前污水处理站运行良好，污水经处理后各项指标均达到相关规范要求。

图6 污水处理站的地表景观

5 结语

在北京化工大学朝阳校区生活污水处理回用及达标排放改造工程的实施过程中，运用了学校在污水处理领域的科研成果，得到我校的“北京市水处理环保材料工程技术研究中心”的专业技术支持。在此项目中，我们对校园污水进行了分类处理，采用适合校园环境和条件的处理工艺，对朝阳校区的生活污水处理系统进行了改造和升级，该工程投入运行后，为学校带来了经济效益和环境效益，通过节约自来水和减少污水排放，从整体上提高了改造升级项目的价值，希望这一项目的成功经验为后续类似项目提供有益的参考，推动更多高校在生活污水处理和资源回用方面取得更大成就。