隨著高校不斷擴(kuò)招以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，學(xué)生人數(shù)激增、科研實(shí)驗(yàn)增多，實(shí)驗(yàn)室廢水產(chǎn)生量也與日俱增，并且排放周期不定、水質(zhì)成分復(fù)雜。廢水中不僅含有洗滌劑、常用溶劑等有機(jī)物，還含有較多的酸堿、重金屬以及有毒有害物質(zhì)，且伴有許多新生物質(zhì)，性質(zhì)很難確定。我國大部分教學(xué)科研單位實(shí)驗(yàn)室廢水均沒有進(jìn)行妥善處理而直接排放，對周邊河流水體污染極為嚴(yán)重。
 

   本文以某石油高校實(shí)驗(yàn)室為對象，分析其實(shí)驗(yàn)室廢水排放特征和水質(zhì)性質(zhì)，提出了具體的工程設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)參數(shù)，并形成了一套完整的實(shí)驗(yàn)室廢水處理工藝流程，希望能為我國石油化工類教學(xué)科研單位實(shí)驗(yàn)室廢水處理提供參考。

   某高?；瘜W(xué)化工與環(huán)境學(xué)部現(xiàn)有化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、化工工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)、化工分析測試實(shí)驗(yàn)教學(xué)、化工仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)四大平臺，并擁有5 個省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和5 個省級工程技術(shù)研究中心。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室廢水中所含主要污染物的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室廢水可分為有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水、無機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水和微生物實(shí)驗(yàn)室廢水三大類。無機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水主要含有酸堿、重金屬、重金屬絡(luò)合物、硫化物、鹵素離子、氰化物及其他無機(jī)離子等; 有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水含有常用的有機(jī)溶劑、有機(jī)酸、醚類、有機(jī)磷化合物、酚類、石油類、油脂類、多氯聯(lián)苯等物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)室廢水按所含污染物的主要成分可分為酸性廢水、堿性廢水、含氰廢水、含重金屬廢水、含酚廢水、鹵素類廢水等; 微生物實(shí)驗(yàn)室廢水主要由生物實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)廢水、生物培養(yǎng)液、培養(yǎng)基和少量實(shí)驗(yàn)器具沖刷水。

     實(shí)驗(yàn)室廢水首先經(jīng)過細(xì)格柵( 3mm) 流入調(diào)節(jié)沉淀池Ⅰ，出水進(jìn)入吹脫浮油塔; 表面活性劑和破乳劑經(jīng)投藥裝置加入吹脫浮油塔，分離出的氣體和油點(diǎn)燃; 出水經(jīng)濕式氧化工藝處理; 絮凝劑、氧化鈣、硫化鈉等物質(zhì)與濕式氧化出水混合進(jìn)入沉淀池，出水完成物化處理，流入生化系統(tǒng)的調(diào)節(jié)沉淀池Ⅱ; 教學(xué)樓及生活區(qū)廢水經(jīng)10 mm 細(xì)格柵流入調(diào)節(jié)沉淀池Ⅱ，同物化處理的水混合，再經(jīng)A² /O工藝脫氮除磷和去除BOD; 最后通過壓力濾罐去除水中沒有出去的物質(zhì)，整個流程產(chǎn)生的污泥及沉淀物經(jīng)脫水后衛(wèi)生填埋。

   實(shí)驗(yàn)室廢水還可以根據(jù)廢水水質(zhì)在物化處理的不同階段與生活廢水混合后使用人工濕地的方法進(jìn)行處理，但人工濕地處理的影響因素較多，如溫度、降雨等，效果不也穩(wěn)定，考慮到某校地處北方地區(qū)，故放棄濕地處理的方案。

  據(jù)統(tǒng)計(jì)某校實(shí)驗(yàn)室廢水量為50m³/d，學(xué)校師生人數(shù)3萬人，每人每天產(chǎn)生生活廢水100L。

2．2．1 細(xì)格柵

  格柵的作用是去除污水中較大的懸浮或漂浮物，以減輕后續(xù)水處理工藝的處理負(fù)荷，并起到保護(hù)水泵、管道、儀表等作用(見圖2)，是污水處理的必要組成部分。

  實(shí)驗(yàn)室廢水通過管道輸送首先通過細(xì)格柵(3～10mm)，其中物化部分采用3mm細(xì)格柵，生化部分采用10mm細(xì)格柵(考慮到廢水水質(zhì))。

  以生化部分為例(物化部分可按以下方式計(jì)算)，以下為生化部分細(xì)格柵設(shè)計(jì):最大設(shè)計(jì)流量Qmax=0．3m³/s;格柵安置的傾角α=60°;柵前水深h=0．4m;過柵速度v=0．9m/s;柵條凈間隙b=0．01m;柵條寬度S=0．01m;進(jìn)水槽寬B1=0．4m;格柵阻力系數(shù)k=3;漸寬部位夾角α1=20°;阻力系數(shù)ζ=1．1;柵前渠道超高h(yuǎn)2=0．3m;柵前槽高H1=m。

   計(jì)算得:格柵間系數(shù)n=Q_max[sinα/(bhv)]^1/2=33;格柵建筑寬度B=S(n－1)+bn=0．65;格柵水頭損失h₁=kζv²sinα/2g=0．1181;柵后槽總高度H=h+h₁+h₂=0．8181m;柵槽總長度L=l₁+l₂+1+0．5+H₁/tanα=2．419m(l₁=(B－B₁)/2tanα1=0．3434m;l₂=l₁/2=0．1717m;H₁=h+h₂=0．7m)。

2．2．2 調(diào)節(jié)沉淀池

   調(diào)節(jié)沉淀池是調(diào)節(jié)池、中和池和初沉池的結(jié)合體，三池的結(jié)合起到了節(jié)約占地面積的效果，調(diào)節(jié)沉淀池起調(diào)節(jié)水量(內(nèi)線調(diào)節(jié))、調(diào)節(jié)水質(zhì)和沉淀固體的作用。它形如豎流式沉淀池，但儲液體積較大。其中物化部分體積較生化部分的小(由于水量不同)。調(diào)節(jié)池和初沉池是廢水處理的必要組成部分。

  以物化部分為例(生化部分可按以下方式計(jì)算)，以下為物化部分調(diào)節(jié)沉淀池(調(diào)節(jié)沉淀池Ⅰ)設(shè)計(jì):實(shí)驗(yàn)室廢水量Q=50m³/d;最大流量Qmax=0．01m³/s;流速v₀=0．03m/s;上升速度v=0．0005m/s;池內(nèi)設(shè)中心管，喇叭口處設(shè)反射板，則中心管面積f=0．01/0．03=0．333m²;d=槡4f/π=0．424m;喇叭口直徑d₁=1．35d=0．573m;反射板直徑d₂=1．3d₁=0．743m。

   反射板表面至喇叭口的距離:h₃=Q_max/0．02πd₁=0．278m;沉淀區(qū)面積A=Qmax/0．0005=20m²;沉淀區(qū)直徑D=[4(A+f)/π]^1/2=5．1m;沉淀區(qū)深度h2=Q/A=2．5m。

   廢水由中心管流入，在反射板的作用下發(fā)散到池內(nèi)，由于池體較大，廢水停留時間較長，易沉淀物質(zhì)沉淀到池底，由排泥管排出，同時起到調(diào)節(jié)水質(zhì)水量的目的。池內(nèi)有排水監(jiān)測系統(tǒng)，由浮筒、排水管、監(jiān)測裝置和固定滑道組成，排水監(jiān)測系統(tǒng)利用浮筒漂浮在水面，固定滑道將浮筒固定在池壁附近，防止浮筒漂移，排水管采用軟管設(shè)計(jì)，固定于浮筒插入水面以下(見圖3)，檢測裝置由pH計(jì)和警報(bào)器組成，pH計(jì)深入水中，時時監(jiān)測水的pH，當(dāng)pH超出安全范圍時警報(bào)響起。

   通過真空泵即可將廢水從調(diào)節(jié)沉淀池(調(diào)節(jié)沉淀池Ⅰ)中排出，進(jìn)入下一工藝。

2．2．3 吹脫浮油塔

   吹脫浮油塔是由吹脫塔改進(jìn)而來，廢水從調(diào)節(jié)沉淀池Ⅰ而來，從吹脫浮油塔中部進(jìn)入，空壓機(jī)將空氣鼓如塔內(nèi)，微小的氣泡均勻的從塔底上浮，將揮發(fā)性氣體、溶解性氣體帶出，將油提到液面上。氣體由上部排出，油因?yàn)槊芏缺人∑≡谝好嫔?，進(jìn)而排出，處理后的廢水由下部排出。吹脫出的氣體很可能帶有毒性和可燃性，與分離出來的油一起點(diǎn)燃，一部分加熱吹脫塔;另一部分預(yù)加熱濕式氧化的廢水。本裝置的設(shè)計(jì)針對石油化工類大學(xué)油類物質(zhì)產(chǎn)生量大、易燃?xì)廨^多的特點(diǎn)而增加及改進(jìn)，采用此種結(jié)構(gòu)將氣浮和吹脫相結(jié)合，一塔多用，不僅節(jié)約了占地面積還節(jié)約了成本，效率高，維修簡便。從中部進(jìn)水，下部出水，氣-液相逆流，使效率更高。排出的可燃?xì)饧坝卸居泻怏w與分離的油被點(diǎn)燃為吹脫浮油塔和濕式氧化的廢水提供熱量，使吹脫浮油塔效率更高，使?jié)袷窖趸に嚬?jié)約能源(見圖5)。表面活性劑和破乳劑的加入使油水更易分離，吹脫后廢水溶解氧較多，減小了濕式氧化空壓機(jī)的負(fù)荷，濕式氧化效率顯著。

2．2．4 濕式氧化

   在較高的溫度和壓力下，用空氣中的氧來氧化廢水中的溶解和懸浮的有機(jī)物和還原性物質(zhì)。

   裝置已廣泛應(yīng)用，本流程采用此裝置后可將大分子有機(jī)物分解為小分子，還原性物質(zhì)得到氧化，為下一步沉淀做出準(zhǔn)備，同時實(shí)驗(yàn)室里的微生物也會被消滅。此裝置出水具有良好的沉淀分離性能，且具有尺寸小、能耗低、二次污染小等特點(diǎn)。

2．2．5 沉淀池

   沉淀池采用橫向流斜板斜管式，占地更小、效率更高、停留時間更短。絮凝劑、氧化鈣、硫化鈉的加入使重金屬等物質(zhì)沉淀。

  經(jīng)過以上工藝(物化處理)出水水質(zhì)達(dá)到與生活廢水混合后可生化處理的標(biāo)準(zhǔn)。

2．2．6 A²/O工藝

   考慮到某校的氮磷排放量較大，A²/O工藝不僅達(dá)到脫氮除磷的目的，而且同時COD及BOD也得到下降。它是由厭氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池組成(見圖7)，該工藝已廣泛應(yīng)用。

2．2．7 壓力濾罐

    經(jīng)過A²/O處理的廢水最后通過壓力濾罐的吸附將廢水中不能處理的物質(zhì)吸附，出水可排入人工濕地(一般高校都有)，也可排入河流當(dāng)中(見圖8)。

    以上流程在實(shí)際中動力來源可用泵提供，由于廢水水質(zhì)復(fù)雜，建議使用真空泵。物化部分沉淀池和生化部分A²/O產(chǎn)生的污泥和沉淀可經(jīng)過PAM脫水、壓濾機(jī)脫水后進(jìn)行安全填埋。經(jīng)過此流程處理的廢水出水可以達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，濕地可以有效處理低濃度廢水，高校大多以建設(shè)人工濕地，南方高?？梢钥紤]不采用壓力濾罐，而直接排放到人工濕地，北方高?？梢灾辉诙静捎脡毫V罐，或排放不達(dá)標(biāo)時開啟壓力濾罐，達(dá)到節(jié)能的目的。

   根據(jù)某石油高校實(shí)驗(yàn)室廢水的水量和水質(zhì)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)室廢水處理的工藝流程，首先經(jīng)過細(xì)格流入調(diào)節(jié)沉淀池Ⅰ，出水經(jīng)過吹脫隔油塔(分離出的氣體和油點(diǎn)燃)，處理后的水經(jīng)濕式氧化工藝處理，最后通過沉淀池完成非化處理工藝，物化處理廢水與生活用水混合經(jīng)A2/O工藝脫氮除磷和降低BOD，最后通過壓力濾罐去除水中無法處理的物質(zhì)，整個流程產(chǎn)生的污泥及沉淀物經(jīng)脫水后衛(wèi)生填埋。對流程中的每一工藝裝置做了說明，流程中調(diào)節(jié)沉淀池、吹脫浮油塔等構(gòu)筑物均為作者自行設(shè)計(jì)，希望可以對我國石油石化類教學(xué)科研單位實(shí)驗(yàn)室廢水處理提供一定參考和啟迪。