校园生活用水规律、水质特点及其回用处理研究

马颜

【摘要】针对中职院校生活污水水量大，水质好的特点，本论文分析了某中职院校的用水规律及学生宿舍区生活污水的水质特点，提出利用活性炭对生活污水进行吸附试验，考查了活性炭投加量对处理效果的影响。结果表明，活性炭对生活污水中色度和浊度的去除效果很好，而对氨氮和磷酸盐的去除效果均较差；在对化学需氧量（COD）的去除效果较好，COD的去除率可以达到84%。活性炭对生活污水中COD去除受初始pH和吸附温度的而影响，酸性条件和高温有利于活性炭吸附去除COD。

【关键词】活性炭；生活污水；中职院校；水质特点

【中图分类号】X703 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）02-0287-02

一、研究背景

随着北京市现代化进程不断推进，我国城市的水资源短缺，用水效率偏低，已成为一个社会发展的首要问题。节水工作势在必行，今后北京市的节水重点是生活用水[1]。北京市的生活用水总量较大的部分包括居民生活用水和北京各大院校的生活用水。中职院校生活用水也在不断增多，根据数据统计非盈利性的机关、学校、医院、科研及其他行业年用水量之和占城市公共生活用水量的比重63%[2]。校园人口数量大、高度集中，学校用水量大。中职院校产生的废水主要由教学区废水，学生宿舍区生活废水，以及食堂排放废水等三大部分组成，这些废水经传统校园排水系统将所有的校园废水通管道排入城市管道，进入到城市污水处理设施进行处理。日常学生人均生活用水量为 500-600 L/（人· d），是普通居民生活用水的2倍。生活区用水时间集中且产生的生活废水水质较好、水量大、水源回收点相对集中，便于收集可作为“中水”原水进行处理。因而也为整个校园系统带来极大的循环和再利用空间，使得校园的水资源利用具有其特有的方式和途径。

过滤吸附技术是目前生活污水处理应用较为广泛技术。其中过滤是利用具有微小孔隙材料作为介质来净化水体，以达到去除悬浮物并分离杂质的目的[3]。活性炭（Activated Carbon，AC）由于其具有比表面积大与良好的吸附性等特点使人们备受重视。如去除水中有机物、胶体粒子、微生物、余氯、嗅味等。活性炭吸附水中污染物过程包括离子吸引力、分子作用力（范德华力）及化学杂和力等的共同作用。

因此，本论文针对当前中职院校用水特点，对某中职院校学生宿舍区生活用水规律进行了研究，分析了生活废水的水质特点，并提出利用活性炭吸附工艺对生活废水进行处理，使其达到中水回用标准，用于校园厕所冲厕用水和绿化用水的目的（图1）。

二、实验设计与实施

（一）活性炭吸附试验

本研究拟用粉末活性炭对生活污水进行吸附试验，分别为色度，浊度，氨氮、磷酸盐、化学需氧量和LAS。由于本试验主要探究投加量活性炭吸附性能，即采用单因素试验分析法将其余条件恒定（温度 25 ?C，pH值 6-8），分别投加各类制品活性炭 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 g 于 300 mL 生活污水中，投加后在HZQ-F160立式全温振荡培养箱以 120 r/min 振荡 40 min，取样测定各项指标。还研究了吸附温度对吸附能力的影响，设定温度后待温度达到设定温度并稳定后，加入吸附剂进行吸附。

（二）分析方法

1.COD测定

取10.00 mL水样加入锥形瓶，再加入5.00 mL 重铬酸钾溶液和15 mL硫酸-硫酸银溶液，加4颗玻璃珠，加热回流2 h。冷却至室温，加3滴试亚铁灵，用硫酸亚铁铵标准溶液（0.0127 mol/L）滴定。以10.00 mL蒸馏水代替水样，做空白实验。

2.NH4+-N的测定

NH4+-N的测定采用纳氏试剂分光光度法分析，取样10.00 mL水样，加入1.00 mL纳氏试剂，摇匀，显色10分钟，在420 nm处测定吸光度变化。

3.表面活性剂LAS的测定

LAS的测定采用亚甲基蓝分光光度法分析。

4.磷酸盐的测定

磷酸盐的测定采用钼酸铵分光光度法分析。

5.色度、浊度和pH值。

色度采用铂钴标准比色法测定，浊度采用HACH 2100Q便携式浊度仪测定，pH则采用PHS-3C酸度計测定。

三、实验结果与分析

（一）中职院校校园用水的分析

1.生活用水构成复杂

北京市某中职院校有大量住校生，校园已形成一个微型社会，其生活用水比较复杂。校园可分为有教学区和宿舍区，经过调查分析，某中职院校用水比例如表1所示，其中宿舍区生活用水总量在校园用水量65%以上用水，以冲厕、水房盥洗、浴室、洗衣房为主。

2.用水时间比较规律

分别选取2017年3月5日、9日、20日和21日对该中职院校学生宿舍区一天用水量进行监测，四天用水量变化趋势相同。用水量较大的时间集中在早晚洗漱6-7点和晚上8-10点。而晚上10点以后洗漱、洗浴人减少，用水量急剧减少，由此可见，中职院校生活用水时间集中便于收集和再利用。

（二）活性炭吸附处理生活废水试验

1.生活污水的水质特点

为准确掌握某中职学校学生宿舍区生活污水的水质特点，于2017年3月9日对污水水质进行了取样检测，具体水质指标见表2。

从表2中可以看出，该生活污水色度不高，浊度较高，COD较高，NH4+-N和PO43-也较高。需要进行处理才能达到中水回用的指标，处理后的水可应用于学校绿地灌溉、冲厕等方面。

2.活性炭吸附试验

（1）AC投加量对活性炭吸附生活污水处理效果的影响

首先研究了AC投加量对AC吸附处理生活污水COD去除影响，从实验中可以看出随着AC投加量的增加，COD去除率逐渐增加，投加量增加到为0.8 g后，COD去除增加不明显，因此为了控制处理成本，选取0.8 g 为AC投加量。从AC投加量对表面活性剂LAS的去除效能也可以看出，AC可以有效去除生活污水中的LAS，去除率随AC投加量的增加而提高，0.8 gAC投加量时LAS的去除率68%。从AC投加量对表面活性剂浊度和色度的去除效能，AC可以有效去除生活污水中的浊度和色度，去除率随AC投加量的增加而提高，去除率均达到95%以上。而AC对于氨氮和磷酸盐的去除效率则较低，从实验可以看出，AC投加量的提高可以增加氨氮和磷酸盐的去除率，但两种物质的最大去除率分别只有42%和43%，这表明单纯活性炭吸附对于水溶性很好的氨氮和磷酸盐去除效果较差。在本论文选定的0.8 g AC吸附处理300 mL生活污水后水质情况如表3所示。经过AC吸附处理后，生活污水中色度和浊度去除明显，COD下降到34.2 mg O2 L-1。而AC吸附对于氨氮和磷酸根的去除效果较差，这是由于这两种离子的水溶性很好，不适合利用吸附方法去除，可以使用生化方法加以去除。endprint

（2）初始pH对活性炭吸附生活污水处理去除COD效果影响

本论文中还研究了生活污水初始pH对AC吸附效能的影响，AC投加量是0.8 g，吸附温度是25 ?C。初始pH对AC吸附去除生活污水中的COD具有非常大的影响，酸性条件下AC的吸附能力远大于碱性条件下的吸附能力，这是由于溶液pH值影响AC的表面基团，进而影响AC的吸附能力。同时，溶液酸碱性也会影响生活污水中污染物的带电性质，如影响表面活性剂的带电性质，这些都会影响体系的吸附能力。

（3）吸附温度对活性炭吸附生活污水处理去除COD效果影响

论文还研究了吸附温度对AC吸附去除生活污水中COD的影响，这种研究有利于了解气温变化对AC吸附体系的影响，有利于實际应用中运行条件的控制。温度对AC吸附效能的影响结果如图3所示。从图中可以看出，温度对AC吸附能力具有很大的影响，高温有利于AC吸附去除COD，而在低温情况下，AC的吸附能力大大降低，如10 ?C时COD去除率只有23%。而45 ?C时COD去除率则达到了97%，这是由于AC吸附过程是吸热过程，高温有利于吸附反应的发生。因此在实际处理生活污水过程中，利用AC吸附去除污染物过程尽量控制在较高温度，因此在冬季处理生活污水过程中需要对吸附装置进行加热保温，以期达到更高的处理效率。

四、结论

中职院校用水属于事业拨款支付方式，学校师生使用水没有纳入个人成本核算，对水价不了解，用水浪费现象比较严重。可以校园节水和开展中水回用的研究具有良好的前景。本论文通过研究中职院校的生活用水分析与利用活性炭吸附处理，取得了以下研究结果：

1.某中职院校宿舍区生活用水量较大，且时间集中，在早上6-7点和晚上8-10点是用水高峰期，生活污水产生时间集中，其水质具有色度不高，浊度较高，COD较高，NH4+-N和PO43-也较高的特点。

2.从本研究的实验结果可以看出，AC吸附处理生活废水的效果去除色度和浊度最好，COD去除率可以达到84%，对于氨氮和磷酸盐去除效果一般，需要与生化技术结合，处理后生活废水能够达到国标排放标准，完全可以用来宿舍区冲厕和校园绿化浇洒等。

3.AC吸附去除生活污水中的COD受初始pH和吸附温度影响，酸性条件和高温条件有利于AC吸附去除生活污水中的COD。

参考文献

[1]左建兵，陈远堡.城市瘩资源需求管理初探——以北京市公共生活用水为例中围水利，2006，（5）：9～12.

[2]王莹，陈远生，翁建武，蒋艳灵.北京市城市公共生活用水特征分析，2008，34（11）：138-143.

[3]郭恒，张群.高煤级无烟煤吸附甲烷的特征及其机制[J]煤田地质与勘探，2014，42（2）：389-295.

[4]玉华，张兴华，章小军.高校用水现状与节水潜力分析.北京工业大学学报，2005，31：629～634.endprint