余凱華

（上海市城市排水有限公司，上海市200233）

蕰藻浜調(diào)蓄處理池快速處理排放技術(shù)探究

余凱華

（上海市城市排水有限公司，上海市200233）

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，合流污水溢流（CSOs）、污水溢流和雨水徑流已成為城市地表水體污染的主要因素。上海新西干線采用調(diào)蓄處理技術(shù)對(duì)雨天合流污水溢流污染進(jìn)行削減和控制，在國(guó)內(nèi)尚屬首次。通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)性試驗(yàn)，甄選出經(jīng)濟(jì)有效的藥劑，確定藥劑的投加量，在設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化確定蕰藻浜泵站調(diào)蓄處理工藝參數(shù)，為雨天實(shí)現(xiàn)快速處理排放提供技術(shù)支撐。

調(diào)蓄處理；溢流污染；技術(shù)方法；實(shí)驗(yàn)室小試；生產(chǎn)性試驗(yàn)

1　背景與意義

建造雨水調(diào)蓄池的最初目的是用于調(diào)蓄洪峰水量，減少雨水管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，起防洪作用。調(diào)蓄池可暫時(shí)貯存雨水的洪峰流量，待洪峰消退之后，再將池中的積水逐漸排出。近十幾年來隨著社會(huì)發(fā)展和對(duì)城市面源污染問題的重視，新建調(diào)蓄池注重減少溢流水量的同時(shí)，還結(jié)合沉淀、撇渣等去除污染物的功能，以降低面源污染負(fù)荷。近幾年，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)合流污水溢流和雨水徑流污染控制與管理有了許多新的思路和經(jīng)驗(yàn)，有較完備的適合其本國(guó)的技術(shù)和法規(guī)體系。德國(guó)早在1977年就已經(jīng)頒布了《ATV128合流制污水系統(tǒng)曝雨削減裝置設(shè)置指針》，并在1990年對(duì)其進(jìn)行了修訂，在上世紀(jì)90年代已基本實(shí)現(xiàn)對(duì)城市雨水的污染控制。最典型的措施是修建大量的雨水調(diào)蓄池截流處理合流制和分流制管系的污染雨水，并盡可能地利用天然地形及人工設(shè)施來截流、滲透雨水，削減雨水的地面徑流量，減少雨季合流制管網(wǎng)的溢流污水。國(guó)內(nèi)關(guān)于雨水調(diào)蓄池的研究尚在起步階段，而上海率先在“蘇州河綜合整治二期工程”中開展了利用調(diào)蓄池控制溢流污染技術(shù)的研究，并在“中心城區(qū)和新城市化地區(qū)面源污染控制關(guān)鍵技術(shù)與工程示范”中展開了深入研究。目前，上海已建造了蕰藻浜、夢(mèng)清園、昌平、成都、芙蓉江、江蘇等11座調(diào)蓄池。

西干線雖然是一條污水輸送干線，但由于歷史原因，接入干線系統(tǒng)內(nèi)存在較為嚴(yán)重的雨污混接現(xiàn)象，因此每逢降雨，西干線的水量會(huì)有較大規(guī)模的增長(zhǎng)，超出終端石洞口污水處理廠的處理規(guī)模。在新蕰藻浜泵站設(shè)計(jì)了20 000 m3的雨水調(diào)蓄池，并且配套了設(shè)計(jì)處理能力為1.0 m3/s的處理池，在調(diào)蓄池注滿的情況下對(duì)污水進(jìn)行快速處理后排放，既保證西干線水量輸送的安全，也降低了溢流污水對(duì)水體產(chǎn)生的污染。蕰藻浜調(diào)蓄處理池是我國(guó)污水系統(tǒng)首個(gè)有預(yù)處理功能的大型調(diào)蓄池，其設(shè)計(jì)的初衷是解決雨天因雨污混接產(chǎn)生的溢流，削減溢流的污染物負(fù)荷，進(jìn)一步改善上海的水質(zhì)。參照蕰藻浜調(diào)蓄處理池的設(shè)計(jì)規(guī)模，通過實(shí)驗(yàn)室小試及生產(chǎn)性試驗(yàn)尋找合適的調(diào)蓄處理藥劑，以及確定具體的運(yùn)行參數(shù)，為優(yōu)化蕰藻浜調(diào)蓄處理池的運(yùn)行提供最佳方案和策略，減少雨天合流污水溢流對(duì)蕰藻浜等水體的污染，改善水環(huán)境具有重要意義和價(jià)值。

2　實(shí)驗(yàn)室小試

實(shí)驗(yàn)室燒杯混凝攪拌試驗(yàn)是根據(jù)上海市西干線系統(tǒng)水質(zhì)的實(shí)際情況，選擇4種具有代表性的無機(jī)混凝劑：液體聚合氯化鋁（PAC）、液體聚合硫酸鐵（PFS）、液體硫酸鋁（Al2（SO4）3）、聚合硫氯化鋁（FPAC，Al2O3的含量為8.6%）與有機(jī)高分子絮凝劑（PAM）復(fù)配分別進(jìn)行混凝燒杯試驗(yàn)，測(cè)定進(jìn)出水的CODCr、SS、TP等主要污染指標(biāo)。通過投加量實(shí)驗(yàn)、絮凝效果觀察、沉速測(cè)定等進(jìn)行混凝沉降效果和污染物去除率的比較，以及理論分析，進(jìn)行藥劑篩選、快速處理研究的初探。

2.1設(shè)備與方法

小試采用的試驗(yàn)設(shè)備如表1所列。

表1　主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備一覽表

試驗(yàn)方法主要包括：（1）預(yù)攪拌：加無機(jī)藥劑，轉(zhuǎn)速150 r/min，攪拌1 min；（2）混合：加有機(jī)藥劑，轉(zhuǎn)速150 r/min，攪拌1 min；（3）絮凝：轉(zhuǎn)速80 r/min，攪拌30 s；（4）沉淀：停止攪拌，取出攪拌漿葉，靜置30 min。

2.2處理效果

在PAM投加量相同（1.5 mg/L）的情況下，水處理劑硫酸鋁是4種無機(jī)藥劑中處理效果又好又明顯的藥劑之一（見表2）。經(jīng)過處理，出水SS、CODCr、TP均能有效去除，去除率可分別達(dá)到88%、63%、77%。建議硫酸鋁的添加量為：100 mg/L，硫酸鋁也是4種藥劑中最便宜，處理1 t水僅需0.069元，性價(jià)比最高的，建議作為首選藥劑。

表2　各種混凝劑對(duì)溢流污水污染物的去除率一覽表

3　生產(chǎn)性試驗(yàn)

通過混凝攪拌燒杯試驗(yàn)結(jié)果，初步確定蕰藻浜調(diào)蓄池處理污水適宜的混凝劑和絮凝劑，并確定其藥劑的添加量，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)等一系列試驗(yàn)，研究混凝劑硫酸鋁和絮凝劑PAM的最佳加藥量和搭配比；研究確定最佳處理效果下處理池的最大處理能力。

3.1進(jìn)水水質(zhì)分析

西干線蕰藻浜泵站目前的服務(wù)區(qū)主要為化工區(qū)和城市郊區(qū)，因此，提升的污水主要是化工區(qū)廢水和生活污水的混合水，由于分流制系統(tǒng)雨天混接污水水量水質(zhì)變化大，不同時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同雨量都會(huì)導(dǎo)致混接污水水量水質(zhì)的較大變化。因此，需對(duì)蕰藻浜調(diào)蓄池旱流污水、不同降雨工況下包括小中強(qiáng)雨混接雨污水，以及暴雨溢流污水進(jìn)入蕰藻浜泵站的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。

圖1，圖2，圖3分別顯示了旱流及不同降雨強(qiáng)度、不同取樣時(shí)間混接雨水進(jìn)入系統(tǒng)后污水中污染物濃度的變化情況。在降水前期，泵站集水井水樣各污染物濃度比旱流時(shí)有所升高，尤其是SS和CODCr濃度有所提高，隨著降水的進(jìn)行，SS，CODCr濃度開始減少，CODCr濃度和 SS濃度在150～250 mg/L之間；由于降水強(qiáng)度不大，強(qiáng)降雨時(shí)間持續(xù)不長(zhǎng)，因此，雨水初期效應(yīng)不明顯，另外，由于水樣取自泵站集水井，泵站進(jìn)水采用提升泵提升，提升泵在提升污水的同時(shí)也使污水得到了充分混合，所測(cè)水質(zhì)結(jié)果很難表現(xiàn)雨水初期效應(yīng)。

圖1　旱流污水各污染物濃度曲線圖

圖2　小中強(qiáng)雨混接雨水旱流污水各污染物濃度曲線圖

圖3　暴雨溢流污水污水各污染物濃度曲線圖

3.2藥劑最佳投量與配比試驗(yàn)

蕰藻浜調(diào)蓄處理池分為上下兩層，下層為調(diào)蓄池，上層為處理池。雨季時(shí)，進(jìn)入蕰藻浜泵站的污水一路由水泵提升后輸送至石洞口污水廠，一路由1臺(tái)水泵提升后進(jìn)入下層調(diào)蓄池；當(dāng)水量超出調(diào)蓄池設(shè)計(jì)容積后，則污水進(jìn)入上層處理池。該項(xiàng)研究針對(duì)6組處理池中的3組，使用一臺(tái)污水提升泵（0.5 m3/s），采用液體硫酸鋁和PAM為水處理劑，不同藥劑添加量搭配，研究處理池的藥劑投加最佳搭配比（見表3）。

表3　藥劑不同投加量處理效果的比較表

綜合表3比較的四種工況，工況四出水的處理效果最為理想，相應(yīng)藥品投加量也較多。研究結(jié)果表明，在設(shè)計(jì)流量下，藥劑投加量較為理想的配比為：硫酸鋁150 mg/L，PAM1.8 mg/L。

3.3主要運(yùn)行參數(shù)確定

在確定了投藥量的最佳配比的基礎(chǔ)上，開啟蕰藻浜6組處理池，采用不同進(jìn)水量的運(yùn)行工況，研究處理池的最大水力負(fù)荷，尋求最佳處理效果下處理池的最大處理能力，為以后的生產(chǎn)運(yùn)行提供技術(shù)指導(dǎo)。

3.3.1處理效果

開啟6組處理池，在投加150 mg/L硫酸鋁與1.8 mg/L PAM的情況下，分六種工況條件（進(jìn)水量分別為1.0 m3/s、0.9 m3/s、0.8 m3/s、0.7 m3/s、0.6 m3/s、0.5 m3/s）對(duì)進(jìn)出水水質(zhì)，處理效果進(jìn)行研究分析。由表4數(shù)據(jù)顯示：六種工況中工況四、五、六的出水的處理效果最為理想，并且處理率相近。而工況一、二、三的出水處理效果相比較后面三個(gè)工況明顯較差。當(dāng)處理規(guī)模為0.5～0.7 m3/s時(shí)，同等藥劑的加量下，SS的去除率達(dá)到了76%～77%，CODCr的去除率達(dá)到了65%～66%，TP的去除率達(dá)到了75%，較處理規(guī)模為0.8～1.0 m3/s時(shí)去除率提升了10%～20%。特別是在NH3-N的去除率方面工況四、五、六比工況一、二、三提高了近一倍。因此，生產(chǎn)性試驗(yàn)研究表明，當(dāng)進(jìn)水量為設(shè)計(jì)規(guī)模的70%時(shí)，可以達(dá)到處理池的最佳處理效果，而當(dāng)進(jìn)水量進(jìn)一步減小時(shí)，處理效果并未有明顯提升。

表4　不同處理規(guī)模處理效果的比較表

3.3.2水力停留時(shí)間

設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為24 min。生產(chǎn)性試驗(yàn)采用6種水力停留時(shí)間（24 min、27 min、30 min、34 min、40 min、48 min，分別對(duì)應(yīng)進(jìn)水量為1.0 m3/s、0.9 m3/s、0.8 m3/s、0.7 m3/s、0.6 m3/s、0.5 m3/s）對(duì)出水水質(zhì)進(jìn)行觀察與驗(yàn)證。圖4～圖7分別顯示進(jìn)水量為1.0 m3/s、0.9 m3/s、0.8 m3/s、0.7 m3/s時(shí)的出水情況。隨著處理池進(jìn)水流量的增加，沉淀池表面水負(fù)荷隨之加大，沉淀池出水表面開始浮出礬花，礬花隨沉淀池出水堰飄出，出水水質(zhì)開始降低。研究結(jié)果表明：進(jìn)水量超過0.8 m3/s時(shí)，沉淀池表面開始出現(xiàn)大量礬花，出水三角堰板基本淹沒，污染物來不及沉淀就被水流帶出，出水濁度增加，出水水質(zhì)下降。當(dāng)進(jìn)水量降低到0.7 m3/s以下時(shí)，沉淀池表面礬花減少，出流狀況良好，出水水質(zhì)明顯改善?？梢?，按照設(shè)計(jì)沉淀池水力停留時(shí)間24 min時(shí)，處理效果不佳，因此需通過降低進(jìn)水量增加水力停留時(shí)間，使礬花充分沉淀，提高出水水質(zhì)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)水量降低到0.7 m3/s以下時(shí)，即水力停留時(shí)間大于34 min時(shí)，出水效果較好，污染物減排效應(yīng)明顯。

圖4　進(jìn)水量為1.0 m3/s時(shí)出水情況實(shí)景

圖5　進(jìn)水量為0.9 m3/s時(shí)出水情況實(shí)景

圖6　進(jìn)水量為0.8 m3/s時(shí)出水情況實(shí)景

圖7　進(jìn)水量為0.7 m3/s時(shí)出水情況實(shí)景

4　結(jié)　論

（1）通過實(shí)驗(yàn)室燒杯試驗(yàn)結(jié)果，硫酸鋁是4種無機(jī)藥劑中處理效果好，價(jià)格低廉，容易獲取的藥劑之一。經(jīng)過處理，出水SS、CODCr、TP均能有效去除，去除率可分別達(dá)到88%、63%、77%。

（2）在實(shí)驗(yàn)室小試的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)研究，采用液體硫酸鋁和PAM作為薀藻浜調(diào)蓄處理池的水處理劑較為合適，藥劑投加量較為理想的配比為：硫酸鋁150 mg/L，PAM1.8 mg/L。

（3）在投藥量的最佳配比的前提下，進(jìn)水量控制在0.7 m3/s（設(shè)計(jì)處理規(guī)模的70%），水力停留時(shí)間時(shí)為34 min，處理效果最佳，對(duì)環(huán)境減排污染負(fù)荷最有效。

X703.1

A

1009-7716（2016）01-0176-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.050

2015-10-12

余凱華（1968-），男，浙江紹興人，工程師，從事城市防汛排水技術(shù)工作。