蕰藻浜调蓄处理池快速处理排放技术探究

2016-11-15余凯华

城市道桥与防洪 2016年1期

关键词：硫酸铝调蓄溢流

余凯华

（上海市城市排水有限公司，上海市200233）

蕰藻浜调蓄处理池快速处理排放技术探究

余凯华

（上海市城市排水有限公司，上海市200233）

随着城镇化进程的快速推进，合流污水溢流（CSOs）、污水溢流和雨水径流已成为城市地表水体污染的主要因素。上海新西干线采用调蓄处理技术对雨天合流污水溢流污染进行削减和控制，在国内尚属首次。通过实验室实验和生产性试验，甄选出经济有效的药剂，确定药剂的投加量，在设计参数的基础上，进一步优化确定蕰藻浜泵站调蓄处理工艺参数，为雨天实现快速处理排放提供技术支撑。

调蓄处理；溢流污染；技术方法；实验室小试；生产性试验

1　背景与意义

建造雨水调蓄池的最初目的是用于调蓄洪峰水量，减少雨水管道系统的设计负荷，起防洪作用。调蓄池可暂时贮存雨水的洪峰流量，待洪峰消退之后，再将池中的积水逐渐排出。近十几年来随着社会发展和对城市面源污染问题的重视，新建调蓄池注重减少溢流水量的同时，还结合沉淀、撇渣等去除污染物的功能，以降低面源污染负荷。近几年，发达国家对合流污水溢流和雨水径流污染控制与管理有了许多新的思路和经验，有较完备的适合其本国的技术和法规体系。德国早在1977年就已经颁布了《ATV128合流制污水系统曝雨削减装置设置指针》，并在1990年对其进行了修订，在上世纪90年代已基本实现对城市雨水的污染控制。最典型的措施是修建大量的雨水调蓄池截流处理合流制和分流制管系的污染雨水，并尽可能地利用天然地形及人工设施来截流、渗透雨水，削减雨水的地面径流量，减少雨季合流制管网的溢流污水。国内关于雨水调蓄池的研究尚在起步阶段，而上海率先在“苏州河综合整治二期工程”中开展了利用调蓄池控制溢流污染技术的研究，并在“中心城区和新城市化地区面源污染控制关键技术与工程示范”中展开了深入研究。目前，上海已建造了蕰藻浜、梦清园、昌平、成都、芙蓉江、江苏等11座调蓄池。

西干线虽然是一条污水输送干线，但由于历史原因，接入干线系统内存在较为严重的雨污混接现象，因此每逢降雨，西干线的水量会有较大规模的增长，超出终端石洞口污水处理厂的处理规模。在新蕰藻浜泵站设计了20 000 m3的雨水调蓄池，并且配套了设计处理能力为1.0 m3/s的处理池，在调蓄池注满的情况下对污水进行快速处理后排放，既保证西干线水量输送的安全，也降低了溢流污水对水体产生的污染。蕰藻浜调蓄处理池是我国污水系统首个有预处理功能的大型调蓄池，其设计的初衷是解决雨天因雨污混接产生的溢流，削减溢流的污染物负荷，进一步改善上海的水质。参照蕰藻浜调蓄处理池的设计规模，通过实验室小试及生产性试验寻找合适的调蓄处理药剂，以及确定具体的运行参数，为优化蕰藻浜调蓄处理池的运行提供最佳方案和策略，减少雨天合流污水溢流对蕰藻浜等水体的污染，改善水环境具有重要意义和价值。

2　实验室小试

实验室烧杯混凝搅拌试验是根据上海市西干线系统水质的实际情况，选择4种具有代表性的无机混凝剂：液体聚合氯化铝（PAC）、液体聚合硫酸铁（PFS）、液体硫酸铝（Al2（SO4）3）、聚合硫氯化铝（FPAC，Al2O3的含量为8.6%）与有机高分子絮凝剂（PAM）复配分别进行混凝烧杯试验，测定进出水的CODCr、SS、TP等主要污染指标。通过投加量实验、絮凝效果观察、沉速测定等进行混凝沉降效果和污染物去除率的比较，以及理论分析，进行药剂筛选、快速处理研究的初探。

2.1设备与方法

小试采用的试验设备如表1所列。

表1　主要实验设备一览表

试验方法主要包括：（1）预搅拌：加无机药剂，转速150 r/min，搅拌1 min；（2）混合：加有机药剂，转速150 r/min，搅拌1 min；（3）絮凝：转速80 r/min，搅拌30 s；（4）沉淀：停止搅拌，取出搅拌浆叶，静置30 min。

2.2处理效果

在PAM投加量相同（1.5 mg/L）的情况下，水处理剂硫酸铝是4种无机药剂中处理效果又好又明显的药剂之一（见表2）。经过处理，出水SS、CODCr、TP均能有效去除，去除率可分别达到88%、63%、77%。建议硫酸铝的添加量为：100 mg/L，硫酸铝也是4种药剂中最便宜，处理1 t水仅需0.069元，性价比最高的，建议作为首选药剂。

表2　各种混凝剂对溢流污水污染物的去除率一览表

3　生产性试验

通过混凝搅拌烧杯试验结果，初步确定蕰藻浜调蓄池处理污水适宜的混凝剂和絮凝剂，并确定其药剂的添加量，然后在此基础上进行生产性试验等一系列试验，研究混凝剂硫酸铝和絮凝剂PAM的最佳加药量和搭配比；研究确定最佳处理效果下处理池的最大处理能力。

3.1进水水质分析

西干线蕰藻浜泵站目前的服务区主要为化工区和城市郊区，因此，提升的污水主要是化工区废水和生活污水的混合水，由于分流制系统雨天混接污水水量水质变化大，不同时间、不同地点、不同雨量都会导致混接污水水量水质的较大变化。因此，需对蕰藻浜调蓄池旱流污水、不同降雨工况下包括小中强雨混接雨污水，以及暴雨溢流污水进入蕰藻浜泵站的水质进行监测分析。

图1，图2，图3分别显示了旱流及不同降雨强度、不同取样时间混接雨水进入系统后污水中污染物浓度的变化情况。在降水前期，泵站集水井水样各污染物浓度比旱流时有所升高，尤其是SS和CODCr浓度有所提高，随着降水的进行，SS，CODCr浓度开始减少，CODCr浓度和 SS浓度在150～250 mg/L之间；由于降水强度不大，强降雨时间持续不长，因此，雨水初期效应不明显，另外，由于水样取自泵站集水井，泵站进水采用提升泵提升，提升泵在提升污水的同时也使污水得到了充分混合，所测水质结果很难表现雨水初期效应。

图1　旱流污水各污染物浓度曲线图

图2　小中强雨混接雨水旱流污水各污染物浓度曲线图

图3　暴雨溢流污水污水各污染物浓度曲线图

3.2药剂最佳投量与配比试验

蕰藻浜调蓄处理池分为上下两层，下层为调蓄池，上层为处理池。雨季时，进入蕰藻浜泵站的污水一路由水泵提升后输送至石洞口污水厂，一路由1台水泵提升后进入下层调蓄池；当水量超出调蓄池设计容积后，则污水进入上层处理池。该项研究针对6组处理池中的3组，使用一台污水提升泵（0.5 m3/s），采用液体硫酸铝和PAM为水处理剂，不同药剂添加量搭配，研究处理池的药剂投加最佳搭配比（见表3）。

表3　药剂不同投加量处理效果的比较表

综合表3比较的四种工况，工况四出水的处理效果最为理想，相应药品投加量也较多。研究结果表明，在设计流量下，药剂投加量较为理想的配比为：硫酸铝150 mg/L，PAM1.8 mg/L。

3.3主要运行参数确定

在确定了投药量的最佳配比的基础上，开启蕰藻浜6组处理池，采用不同进水量的运行工况，研究处理池的最大水力负荷，寻求最佳处理效果下处理池的最大处理能力，为以后的生产运行提供技术指导。

3.3.1处理效果

开启6组处理池，在投加150 mg/L硫酸铝与1.8 mg/L PAM的情况下，分六种工况条件（进水量分别为1.0 m3/s、0.9 m3/s、0.8 m3/s、0.7 m3/s、0.6 m3/s、0.5 m3/s）对进出水水质，处理效果进行研究分析。由表4数据显示：六种工况中工况四、五、六的出水的处理效果最为理想，并且处理率相近。而工况一、二、三的出水处理效果相比较后面三个工况明显较差。当处理规模为0.5～0.7 m3/s时，同等药剂的加量下，SS的去除率达到了76%～77%，CODCr的去除率达到了65%～66%，TP的去除率达到了75%，较处理规模为0.8～1.0 m3/s时去除率提升了10%～20%。特别是在NH3-N的去除率方面工况四、五、六比工况一、二、三提高了近一倍。因此，生产性试验研究表明，当进水量为设计规模的70%时，可以达到处理池的最佳处理效果，而当进水量进一步减小时，处理效果并未有明显提升。

表4　不同处理规模处理效果的比较表

3.3.2水力停留时间

设计水力停留时间为24 min。生产性试验采用6种水力停留时间（24 min、27 min、30 min、34 min、40 min、48 min，分别对应进水量为1.0 m3/s、0.9 m3/s、0.8 m3/s、0.7 m3/s、0.6 m3/s、0.5 m3/s）对出水水质进行观察与验证。图4～图7分别显示进水量为1.0 m3/s、0.9 m3/s、0.8 m3/s、0.7 m3/s时的出水情况。随着处理池进水流量的增加，沉淀池表面水负荷随之加大，沉淀池出水表面开始浮出矾花，矾花随沉淀池出水堰飘出，出水水质开始降低。研究结果表明：进水量超过0.8 m3/s时，沉淀池表面开始出现大量矾花，出水三角堰板基本淹没，污染物来不及沉淀就被水流带出，出水浊度增加，出水水质下降。当进水量降低到0.7 m3/s以下时，沉淀池表面矾花减少，出流状况良好，出水水质明显改善。可见，按照设计沉淀池水力停留时间24 min时，处理效果不佳，因此需通过降低进水量增加水力停留时间，使矾花充分沉淀，提高出水水质。经过实验研究，进水量降低到0.7 m3/s以下时，即水力停留时间大于34 min时，出水效果较好，污染物减排效应明显。