雨污混接系统溢流水质分析及初级处理研究

章 剑,黄显怀,韦雪华

(安徽建筑工业学院,安徽合肥230000)

合流制排水系统(CSS)是采用单一管道收集和输送生活、商业、工业废水和雨水的排水方式,当污水量超过合流管网和污水处理设施的承载量时,将形成雨污混接系统溢流污水(CSO)而被直接排放到地表水体[1]。溢流污水含病原体、好氧污染物、悬浮固体、营养物质、有毒物质、漂浮物质等物质,不但会对受纳水体的物化性质产生不利影响,甚至影响当地的供水水源水质[2]。

雨污混接溢流受降雨强度、降雨量、气象水文、污水水质状况、管道沉积物性质和排水体制等因素的综合影响,因而对溢流污染控制极其复杂[3]。欧美发达国家在20世纪60年代起就对雨污混接系统溢流展开了研究,并制定了CSO污染控制技术的设计规定和标准,而我国多数城市对雨污混接系统溢流污染问题缺乏系统且深入的研究,还没形成相应的规范和标准,所以,加快对雨污混接系统溢流污染控制问题的研究和相关技术与规范的制定显得尤为重要[4]。

合肥市南淝河长70 km,流域面积1 446 km2。由于南淝河上游滁河干渠的截留和董铺水库的蓄水,该河流实际已成为合肥市的纳污河道,各类污水污物不断涌入,河水变臭,河道淤积,河床抬高,环境恶化,生态遭受破坏。特别在雨天,雨污混接系统溢流污水直接进入南淝河,给南淝河的水质造成严重影响。试验分析了南淝河清溪路段清Ⅰ冲、清Ⅱ冲雨污混接系统污水的水质特性,并探讨了混凝沉降工艺对溢流污水进行初级处理的可行性。

1 试验条件

1.1 取水样地点

试验选取监测点在清Ⅰ冲、清Ⅱ冲。

(1)清I冲取样口:距警官学校大门西约585 m;

(2)清II冲取样口:位于清溪路以南,距离警官学校大门东约410 m。

1.2 取样方案

对初期溢流污水进行取样,实验室进行分析监测,测定重铬酸钾指数CODCr,SS,均采用国家标准方法。根据天气预报,适时到现场进行观察,勘定是否发生雨污溢流,一旦溢流发生,两组人员分别至清Ⅰ冲、清Ⅱ冲同时取样,取样时间间隔同为20 min,取样历时120 min,取样次数为5次,确保时间上具有一致性。为使试验具有对照性,用4月29日旱流水质(DW)作为对照样。实测降雨情况如表1。

表1 实测降雨情况

1.3 试验设备与方法

仪器:ZR4-6混凝试验搅拌机(深圳市中润水工业技术发展有限公司)

混凝剂:聚合铝铁(PAFC)

实验方法:

(1)检测每次连续取样的污水COD,SS,自由沉降30 min后的COD,SS。

(2)将每次连续取样的污水均匀混合(本试验验以CSO1,CSO4为例),在ZR4-6混凝试验搅拌机的6个容器中各加入1 000 mL混合液后,再各加入一定量的无机混凝剂聚合铝铁(PAFC),其量为0 mg (自由沉降),20 mg,40 mg,60 mg,80 mg,以400 r/min搅拌速度搅拌2 min后,降低转速至200 r/min继续搅拌1 min,关机静置30 min后,取上清液,测COD,SS。

2 实验结果及数据分析

由图1可知,历次降雨期间,CSO1,CSO4,CSO5污染物的浓度变化曲线相似,污染物浓度迅速增加然后降低,显示出较强初期污染效应[5]。

图1 COD水质变化曲线

2.1 清Ⅰ冲原水水质变化分析

COD与SS质量浓度具有基本类似的变化趋势,雨天污水溢流口COD,SS质量浓度变化幅度都较大,峰值浓度高。如图1-2所示,COD质量浓度变化范围为1 806～88 mg/L,SS质量浓度变化范围为2 357～323 mg/L。溢流污水由于未经任何处理,直接排入南淝河,故入河污染值远远高于城镇污水处理厂污染物排放标准。

图2 SS水质变化曲线

研究表明,清Ⅰ冲雨季时的溢流水质要比旱季时污水水质差很多,特别在形成径流的初期。以CSO1为例,其COD质量浓度为365～1 713 mg/L,旱季时的COD质量浓度为89～169 mg/L,主要是因旱季流速较慢而雨水溢流时期沉积在管道底部的固体被冲刷起来带入溢流污水。

管道经过久旱之后,降雨所形成的CSO水质较差,如CSO1,CSO4,CSO5。若降雨间隔很近时,由于前期雨水的冲刷作用,使后期的溢流污水COD质量浓度较小,水质较好,如CSO2,CSO3,其监测COD质量浓度明显小于CSO1,CSO4,CSO5,显然CSO1雨水冲刷作用使CSO2,CSO3的COD,SS质量浓度变小。

2.2 清Ⅰ冲原水自由沉降水质变化分析

图1～4数据表明,清Ⅰ冲雨天溢流污水可以通过自由沉降使初期CSOs污水COD,SS大幅度降低。其各次取样的自由沉降出水COD去除率曲线如图5,总体去除率为54.1%～86.3%;其各次取样的自由沉降出水SS去除率曲线如图6,总体去除率为39.9%～80.9%。

图3 自由沉降出水COD水质变化曲线

图4 自由沉降出水SS水质变化曲线

图5 自由沉降出水COD去除率

图6 自由沉降出水SS去除率

CSO1的原水SS质量浓度(图4)明显高于其它取样的检测值,CSO1中SS质量浓度最大值达到2 357 mg/L,明显大于 CSO4中的 SS最大值 947 mg/L,CSO5中SS最大值970 mg/L。分析其原因主要是因为降雨间隔的影响。2008年冬天至次年5月期间,降雨水量与次数少且小,沟道底泥沉积,地面长时间未被雨水有效冲刷,一旦遇到强度较大的降雨天气,导致溢流污水携带比后期降雨更多的污染物。5月以后,降雨频率明显增加。经过多次的冲刷,COD,SS质量浓度较初次冲刷形成的污水值要小。由以上分析可知,降雨间隔时间越长,溢流污染越严重。

2.3 清Ⅰ冲原水混凝沉降出水水质变化分析

将CSO1,CSO4所取水样分别均匀混合,测得其混合水样COD质量浓度分别为973 mg/L,632 mg/ L,SS则分别为1 696 mg/L,798 mg/L。如图7～8所示,混合原水自由沉降30 min后,COD质量浓度分别为234 mg/L,190 mg/L,SS则分别为458 mg/L, 173 mg/L。当混凝剂PAFC投加量在20～60 mg时, CSO1,CSO5中上清液COD,SS值明显降低,CSO1, CSO4中COD值最低将至10 mg,50 mg以下,去除率皆可达到92.0%以上,SS值最低降至40,10 mg以下,去除率可达到90.0%以上。

图7 混凝沉降出水COD水质变化及其去除效率

图8 混凝沉降出水SS水质变化及其去除效率

试验研究表明,当混凝剂投加量在20～60 mg时,污水处理后水质较好,混凝沉淀后的污泥密实,呈黑灰色,上清液透明,能见度高。

3 清Ⅰ冲与清Ⅱ冲污水处理效果对比分析

对清Ⅱ冲9月20日溢流污水进行混凝沉降试验,混合原水COD质量浓度为251 mg/L,SS为263 mg/L,混凝后COD,SS水质变化如图9,去除效率如图10。与清Ⅰ冲CSO4进行水质对比(如图7～8),清Ⅱ冲水样自由沉降性能较差。自由沉降后COD质量浓度为234 mg/L,去除率为6.8%,最佳PAFC投加质量浓度为40 mg/L。当COD投加质量浓度大于40 mg/L时,COD值降低不明显。而SS自由沉降后质量浓度为 201 mg/L,去除率23.6%,投加混凝剂后,SS沉降效果明显,其质量浓度降至4.3 mg/L,其去除率可达到98%,出现COD去除效果差,而SS处理效果明显。

图9 混凝沉降出水COD与SS水质变化

图10 混凝沉降出水COD与SS去除效率

清Ⅰ冲混凝试验可以看出,COD,SS去除效果具有较好的相关性,即当SS去除效果明显时,COD去除效果亦较好。其主要原因是,虽然在同一时刻取水,但清Ⅰ冲,清Ⅱ冲溢流水质不同:清Ⅰ冲主要污染物是被冲刷的沟道底泥和地面径流形成的污水,具有较好的沉降性;清Ⅱ冲虽然也有同清Ⅰ冲类似的污水,但形成的量相比清Ⅰ冲少得多,并且清Ⅱ冲上游有豆类加工厂和养殖场,其生产的废水直接排入清Ⅱ冲沟道,与雨水混合,故其可溶性COD含量较高,难以沉降,而混凝沉降时,微小颗粒状固体易在混凝条件下去除,可溶性COD则不易去除。故清Ⅰ冲溢流污水比清Ⅱ冲更易进行混凝处理。

4 结论与建议

(1)清Ⅰ冲初期溢流污水污染严重,若直接排放至南淝河,势必将造成严重的污染。清Ⅰ冲初期溢流水质有良好的自由沉降和混凝处理效果,可以对清Ⅰ冲雨天初期污水就地处理。

(2)清Ⅱ冲初期溢流污水中 SS具有很好的混凝沉降性能,可以进行混凝沉降处理,但需要对清Ⅱ冲上游的养殖场和豆类加工业排放的污水进行集中处理,以降低可溶性COD的污染,改善清Ⅱ冲溢流水质。

[1] Michael B.Cook.Combined sewer overflows guidance for nine minimum controls[M].U.S.Environmental Protection Agency,1995.

[2] J.Suarez,J.Puertas.Determination of COD,BOD and suspended solids loads during combined sewer overflow(CSO)events in some combined catchments in Spain[J].Ecological Engineering,2005,24(3):201-219.

[3] 徐桂全,陈长太,林卫青,等.初期雨水调蓄池控制溢流污染研究[J].中国给水排水,2005,11(8):18-21.

[4] 杨 雪,车 伍,李俊奇,等.国内外对合流制管道溢流污染的控制与管理[J].中国给水排水,2008,24(16):7-11.

[5] 谭 琼,李 田,高秋霞.上海市排水系统雨天出流的初期效应分析[J].中国给水排水,2005,21(11):26-30.