Con la mejora continua de la ciencia, la tecnología y la calidad de vida en nuestro país, la cantidad de vertidos de aguas residuales está aumentando gradualmente y los problemas de contaminación del agua y escasez de recursos hídricos deben resolverse de manera efectiva. En estas circunstancias, la tecnología de desarrollo y reutilización del agua recuperada se ha desarrollado rápidamente y ha sido ampliamente utilizada en los Estados Unidos, Japón, India, el Reino Unido y otros países (especialmente Japón), lo cual es de gran importancia para la utilización sostenible de los recursos hídricos. . Entre las universidades nacionales, la Universidad de Tsinghua utiliza un proceso integrado de biorreactor de membrana para tratar el agua del baño, y toda el agua recuperada se utiliza para descargar los baños de los dormitorios de estudiantes. El beneficio neto del proyecto de reutilización de agua recuperada alcanzó los 1.304.438.000 RMB. El proyecto de reutilización de agua de la Universidad China Youshi utiliza tecnología MBR, con beneficios económicos directos de 525.000 yuanes [1].
Se entiende que el consumo actual de agua de los estudiantes universitarios en mi país es de aproximadamente 0,2 m3 y el volumen de agua reciclada es de 4,6 millones de metros cúbicos por día [1]. Estas aguas residuales domésticas se vierten a la red de alcantarillado urbano y se tratan de forma centralizada en la planta de tratamiento de aguas residuales urbanas. La ecologización de los campus y la descarga de los inodoros en los apartamentos de estudiantes consumen una gran cantidad de agua del grifo, lo que provoca un desperdicio de energía y recursos insuficientes. El número de campus que ahorran agua y los niveles de gestión y los beneficios del ahorro de agua varían. Tomando como ejemplo la Universidad de Zhengzhou, se estudiaron las características de calidad del agua de las aguas residuales domésticas en los dormitorios universitarios y se seleccionaron procesos apropiados para el tratamiento y la reutilización en función de las características de la calidad del agua. En este estudio, se seleccionó un nuevo proceso de "rejilla-tanque de sedimentación primario-tanque de A/O-tanque de oxidación por contacto biológico-tanque de sedimentación secundario-humedal artificial de flujo superficial" para tratar algunas aguas residuales domésticas de los dormitorios del campus para cumplir con los estándares de misceláneos urbanos. El agua y el agua de reutilización del paisaje no solo pueden reducir la descarga de aguas residuales al sistema de drenaje, ahorrar los costos operativos de las instalaciones de drenaje urbano y las tarifas de tratamiento de aguas residuales pagadas por la escuela, y también pueden aliviar efectivamente la tensa situación del suministro de agua del campus. [3]
1 Análisis de la calidad de las aguas residuales domésticas en universidades y Selección de procesos
1.1 Análisis de la calidad de las aguas residuales domésticas en universidades
Según la investigación in situ, Hay alrededor de 40.000 estudiantes en el nuevo distrito de Zhengda, cada uno de los cuales puede producir alrededor de 70 litros de aguas residuales domésticas por día y alrededor de 2.800 m3 de aguas residuales domésticas. El alojamiento para estudiantes se divide en cuatro jardines: Liuyuan, Lotus Garden, Juyuan y Songyuan. Hay alrededor de 14.000 estudiantes en Liuyuan. Algunos pisos en Liuyuan están equipados con dispositivos de reutilización de aguas residuales, después de un simple tratamiento, pueden reutilizarse como agua de descarga de inodoros y no se consideran por el momento. En los otros tres parques viven unas 26.000 personas, por lo que * * puede producir unos 1.800 m3 de aguas residuales domésticas cada día. Si hay días festivos normales en febrero, julio y agosto, cada año se producirán aproximadamente 500.000 m3 de aguas residuales domésticas. Al mismo tiempo, el lago Hu Mei en el nuevo campus de la Universidad de Zhengzhou es un lago artificial en el campus, con una gran superficie y una gran demanda de agua. Si las aguas residuales domésticas de los dormitorios del campus se pueden reutilizar en este lago artificial, no sólo se logrará una reutilización efectiva de las aguas residuales, sino que también se reducirá el costo de la escuela por reutilizar el agua del lago Humei.
1.1.1 Indicadores y métodos de monitoreo de la calidad del agua (Tabla 1)
1.1.2 Características de la calidad del agua residual
Las características del consumo de agua en colegios y Las universidades son que el consumo de agua de los estudiantes se ve afectado por las estaciones y la temperatura tiene un mayor impacto, y el coeficiente de variación del consumo de agua en los colegios y universidades es grande y regular [4]. La calidad de las aguas residuales domésticas en las universidades es relativamente estable y la contaminación es baja. Después de un monitoreo a largo plazo de la calidad del agua residual doméstica de algunos dormitorios en el nuevo campus de la Universidad de Zhengzhou, la calidad del agua se muestra en la Tabla 2:
Las aguas residuales domésticas en los dormitorios de estudiantes universitarios no incluyen el drenaje de la cocina. , solo drenaje para baños e inodoros, que es un drenaje misceláneo de alta calidad y las universidades pueden procesarlo y reutilizarlo por completo.
Selección de procesos en 1.2
De acuerdo con los principios de selección de procesos: ①Tecnología avanzada, efecto de tratamiento estable; ②Bajos costos de inversión y operación; ③Gestión simple y operación confiable. El proceso de tratamiento y reutilización de aguas residuales domésticas en dormitorios universitarios en este estudio se determina como se muestra en la Figura 1:
1) Tanque de sedimentación primario: El tanque de sedimentación primario puede eliminar objetos sedimentables y flotantes en las aguas residuales. Después de la sedimentación preliminar, las aguas residuales pueden eliminar aproximadamente el 50% de la materia sedimentable, grasa y materia flotante y el 20% de la DBO. Según el cálculo de la eliminación de DBO5 o materia sólida por unidad de masa, el tanque de sedimentación primario es el paso de purificación más económico.
Para aguas residuales domésticas e industriales con alto contenido de sólidos en suspensión, se deben utilizar tanques de sedimentación primaria para el pretratamiento (Figura 1).
2) Piscina A/O: El proceso A/O conecta en serie la primera sección anóxica y la segunda sección aeróbica. La OD de la sección A no es superior a 0,2 mg/L, y la OD de la sección A. la sección O es de 2 ~ 4 mg/L. En la etapa anaeróbica, las bacterias anaeróbicas hidrolizan los contaminantes suspendidos como almidón, fibra, carbohidratos y materia orgánica soluble en las aguas residuales en ácidos orgánicos, descomponiendo la materia orgánica macromolecular en materia orgánica de molécula pequeña. y convertir materia orgánica insoluble en materia orgánica soluble. Estos productos después de la hidrólisis anóxica ingresan al tanque aeróbico para el tratamiento aeróbico, lo que puede mejorar la biodegradabilidad y la eficiencia del oxígeno de las aguas residuales. Durante la etapa anóxica, las bacterias heterótrofas amonifican contaminantes como proteínas y grasas (N en cadenas orgánicas o grupos amino en aminoácidos), liberando amoníaco (NH3 y NH4). En condiciones de suficiente suministro de oxígeno, la nitrificación de las bacterias autótrofas oxida el NH3-N (NH4) en NO3-, que regresa al grupo A mediante el control de reflujo. En condiciones anóxicas, la desnitrificación de bacterias heterótrofas reduce el NO3- a nitrógeno molecular (.
3) Tanque de oxidación biológica por contacto: Establecer rellenos en el tanque de aireación como portador de biofilm. Una vez oxigenadas las aguas residuales a tratar, fluyen a través del relleno a un cierto caudal y entran en contacto con la biopelícula. La biopelícula interactúa con el lodo activado suspendido para purificar las aguas residuales.
4) Tanque de sedimentación secundario: El tanque de sedimentación secundario es una parte importante del sistema de lodos activados. Su función principal es separar los lodos, clarificar, concentrar y refluir el líquido mezclado. Su efecto de trabajo afecta directamente la calidad del efluente y la concentración de lodos de retorno del sistema de lodos activados.
2 Equipo y contenido experimental
2.1 Dispositivo experimental
Este experimento adopta el flujo de proceso que se muestra en la Figura 1 y la planta piloto se muestra en la Figura 2. Los componentes principales son: tanque de sedimentación primario, tanque de A/O, tanque de oxidación por contacto biológico y tanque de sedimentación secundario. La capacidad de tratamiento de agua es de 30-40 L/h.
1) A/O: consta de. Dos partes, la proporción es 1: 3, hipoxia en la parte delantera y aeróbica en la parte trasera. Estos incluyen tanques, llenadores, mezcladores, dispositivos de aireación, etc. La piscina anóxica tiene un diámetro interior de 800 mm y una altura de 900 mm, y la piscina aeróbica tiene un diámetro interior de 1200 mm y una altura de 1500 mm.
2) Tanque de oxidación biológica por contacto: La estructura incluye cuerpo de tanque, llenador, dispositivo de distribución de agua y dispositivo de aireación. La forma de la piscina es rectangular; el tamaño del tanque es de 460 mm de largo, 400 mm de ancho, 8 mm de espesor de pared, 1400 mm de altura total y 50 mm de altura máxima. 3) Tanque de sedimentación primaria: El tanque es cilíndrico; el tamaño del tanque es de 340 mm de diámetro exterior, 8 mm de espesor de pared, 540 mm de altura total y 50 mm de altura máxima.
4) Tanque de sedimentación secundario: el tanque es cilíndrico; el tamaño del tanque es de 340 mm de diámetro exterior, 8 mm de espesor de pared, 600 mm de altura total y 80 mm de altura máxima.
2.2 Determinación de los parámetros del proceso
Este artículo toma como objeto de investigación las aguas residuales domésticas del dormitorio del nuevo campus de la Universidad de Zhengzhou. Los indicadores específicos de calidad del agua son una concentración de DQO de 100 mg. /L ~ 394 mg/L, concentración de nitrógeno amoniacal 10 mg/L ~ 40 mg/L, concentración de fósforo total 2 mg/L ~ 4 mg/L, pH = 7 ~ 9. Los principales indicadores son la eficiencia de eliminación de DQO, nitrógeno amoniacal y TP mediante el proceso anterior.
El proceso seleccionado se utiliza para tratar aguas residuales domésticas procedentes de universidades. Los principales factores que afectan este proceso incluyen pH, OD, HRT, SRT, relación de reflujo, tiempo de reacción anóxico-aeróbica, etc. Al revisar la literatura, se determinó que el MLSS es de 3000 ~ 3500 mg/L, el oxígeno disuelto en el tanque de aireación es de 2,0 ~ 3,5 mg/L, la relación de retorno de lodo es de 75 y el tiempo de retención hidráulica es de 12 h[5]. , y la HRT anóxica-aeróbica es A las 6 h y a las 12 h, la relación de retorno de lodo y la relación de retorno del líquido de nitrificación fueron 65438 respectivamente. En oxidación por contacto biológico, la relación aire-agua óptima es 16:1, y la carga hidráulica óptima es 5,0m3/(m3? Capítulo 6.
3 Análisis de resultados experimentales
Aprobado Inocular las bacterias del cultivo de lodos de la planta de tratamiento de aguas residuales y eliminar DQO, NH3-N y TP haciendo funcionar la planta piloto, como se muestra en las Figuras 3 a 5:
El efecto de eliminación de DQO del reactor es como se muestra en la figura 3 mostrada.
La DQO del agua entrante fluctúa mucho, oscilando entre 109,1 y 328,5 mg/L, con un valor promedio de 214,1 mg/L. La DQO del efluente del sistema es relativamente estable, oscilando entre 13,6 y 29,5 mg/L, con un valor promedio. valor de 21.3mg/L El efluente cumple con estándares urbanos varios. Como puede verse en la figura, la tasa de eliminación de DQO es relativamente estable, fluctuando en el rango de 74,0 ~ 94,5, y la tasa de eliminación promedio es 85,9, lo que indica que el reactor tiene un buen efecto de eliminación de DQO. El flóculo de lodo suspendido en el reactor contiene una gran cantidad de micelas bacterianas con una estructura estrecha, que tiene una fuerte capacidad de biosorción y oxidación de la materia orgánica y promueve en gran medida la eliminación de DQO. Una gran cantidad de bacterias filamentosas crecen en el flóculo de lodo en la superficie del relleno suspendido, lo que es beneficioso para la adsorción de micelas bacterianas, lo que no solo mejora el rendimiento de sedimentación del lodo, sino que también promueve eficazmente la descomposición oxidativa de la materia orgánica.
El efecto de eliminación de NH3-N del reactor se muestra en la Figura 4. La concentración de nitrógeno amoniacal en las aguas residuales de los dormitorios es baja. El nitrógeno amoniacal del agua de entrada está en el rango de 18,40 ~ 35,20 mg/L, con un valor promedio de 28,02 mg/L, el nitrógeno amoniacal efluente está en el rango de 5,94 ~ 9,39. mg/L, con un valor promedio de 7.95mg/L, lo cual es consistente con los estándares de aguas misceláneas Urbanas. Se puede ver en la figura que la tasa de eliminación de nitrógeno amoniacal es relativamente estable, entre 62,05 y 76,64, y la tasa de eliminación promedio es 71,11, lo que indica que el sistema tiene un efecto de eliminación promedio de nitrógeno amoniacal. Se cree que el tiempo de suspensión de la película es demasiado corto y el tiempo de suspensión de la película no es suficiente. Como resultado, aunque el relleno proporciona buenas condiciones de fijación para el crecimiento de bacterias nitrificantes, la biomasa por unidad de volumen en el reactor no es suficiente y la cantidad de biomasa por unidad de volumen en el reactor no es suficiente. La capacidad de nitrificación no es muy alta.
El efecto de eliminación de fósforo total del reactor se muestra en la Figura 5. La concentración de TP del agua entrante es de 2,12 ~ 3,60 mg/L, y la concentración promedio de TP del agua entrante es de 2,85 mg/L, la concentración de TP del efluente es de 0,16 ~ 0,48 mg/L, y la concentración promedio de TP de; el efluente es de 0,31 mg/L, lo que cumple con los estándares de aguas misceláneas urbanas. La tasa de eliminación de TP es 85,33 ~ 91,20 y la tasa de eliminación promedio es 89,28, lo que indica que este proceso tiene un buen efecto de eliminación en TP. Se cree que el relleno en la piscina anóxica evita que el aire de la superficie entre en la piscina anóxica, reduce la eficiencia de transferencia de masa de oxígeno, crea un microambiente anaeróbico en la sección anóxica y forma un sistema microanaeróbico/anóxico/aeróbico. Las bacterias acumuladoras de fósforo liberan fósforo en un ambiente anaeróbico, absorben el fósforo aeróbicamente a través de la etapa O y luego lo descargan con la biopelícula desprendida y el lodo suspendido, logrando así el efecto de eliminación de fósforo. Al mismo tiempo, el sistema descarga regularmente lodos a través de la tolva de lodos inferior y se descarga una gran cantidad de lodos que contienen fósforo junto con el lodo acumulado en el fondo.
4 Conclusiones y Perspectivas
4.1 Conclusiones
(1) Al analizar las características de las aguas residuales domésticas en los dormitorios universitarios, se determina que el proceso de tratamiento es "parrilla -tanque de sedimentación primario" -piscina de A/O-piscina de oxidación de contacto biológico-tanque de sedimentación secundario-humedal artificial de flujo superficial."
(2) Con base en la situación real y el diseño del proceso, se diseñó una planta piloto de "rejilla-tanque de sedimentación primaria-tanque de A/O-tanque de oxidación de contacto biológico-tanque de sedimentación secundaria". Bajo las condiciones de MLSS 3000-3500 mg/L y oxígeno disuelto en el tanque de aireación 2,0-3,5 mg/L, la relación de retorno de lodo es 75 y el tiempo de retención hidráulica es 65438. En la oxidación por contacto biológico, la relación óptima de gas a agua es 16:1 y la carga hidráulica óptima es 5,0 m3/(m3?d) como parámetros operativos. Los resultados muestran que las tasas de eliminación de DQO, NH3-N y TP. son 93,77~ 94,69, 62,05 ~ 76,64 y 85,33 ~ 93,82. La DQO efluente es de 4,98 ~ 7,83 mg/L y el NH3-N es de 5,94 ~ 5,95 mg/L.
(3) Los estándares de calidad del agua de clase C para aguas paisajísticas y recreativas estipulan DQO ≤ 30 mg/L, NH3-N ≤ 0,5 mg/L, TP ≤ 0,05 mg/L y estándares diversos de calidad del agua urbana. estipular DQO ≤ 50 mg/L. NH3-N ≤ 10 mg/L. Dado que el índice del efluente de NH3-N excede los requisitos del "Estándar de calidad del agua para agua de recreación paisajística Clase C", el efluente solo cumple con el "Estándar de calidad del agua de recreación urbana". "Estándar de agua miscelánea" y no cumple con el estándar "Agua de recreación paisajística Clase C".
4.2 Perspectivas
(1) Debido a la baja tasa de eliminación de nitrógeno amoniacal, no se ha logrado el objetivo esperado de reciclaje para el etiquetado de la calidad del agua del paisaje. El motivo del análisis debe ser que los parámetros operativos de la planta piloto en este experimento fueron los mejores parámetros operativos obtenidos consultando la literatura. Durante el experimento, no se encontraron los mejores parámetros operativos adecuados para el proceso, lo que resultó en la falla. lograr el mejor estado durante la operación. También es posible que la biopelícula formada por los organismos expuestos al estanque de oxidación sea imperfecta, y se le debe prestar más atención en futuras investigaciones.
(2) Dado que la planta piloto no está equipada con un humedal artificial, la calidad del agua efluente no cumple con los estándares para la reutilización del agua en el paisaje. Sin embargo, en aplicaciones reales de ingeniería y en investigaciones de seguimiento, los lagos artificiales se pueden transformar plantando una gran cantidad de juncos, nenúfares, espadañas y otras plantas de humedales para construir humedales artificiales de flujo superficial, aprovechando al máximo los recursos escolares y mejorando el agua. la calidad y la reducción del número de lagos artificiales que recargan las aguas subterráneas aportan un valor paisajístico para el disfrute de la gente.
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