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              城市雨污混合溢流污水(CSOs)的特征及其處理技術

              文章出處:未知發表時間:2021-11-09 16:43:39

               

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              城市雨污混合溢流污水(CSOs污水是以城市污水為基礎,混有因降水而產生的徑流污染,并因沖刷作用而攜帶管道底泥,具有非連續性、迸發性、隨機性的污染特性;對水環境危害較大,將其實行截流并削減污染后再行排放已成為行業共識。CSOs 污水水質及中心處置工藝的選擇是確保CSOs污染削減效果的關鍵。一級強化處置工藝因具備抗沖擊負荷性能強、可間歇運轉、啟動速、外表水力負荷高、去除效率高、出水效果穩定、維護簡單等特性,成為CSOs污水的主流處置工藝,比照剖析了以投加微砂、磁粉和回流污泥作為絮凝中心對絮凝過程實行強化的一級強化處置工藝,在出水水質相同的狀況下,加砂高速沉淀池水力負荷最高;普通高密度沉淀池的產水率及排泥濃度最高。

               

              1、 城市雨污混合溢流污水CSOs)及其危害

               

              在降雨(或融雪)期,由于大量雨水流入排水系統,合流制排水系統內的污水流量大于截污流量時,超過排水系統負荷的雨污混合污水便會直接排入受納水體,這被稱為混合溢流污水Combined Sewer Overflows,簡稱 CSOs)。

               

              CSOs污水中含有大量的污染性物質:如有機物、N、P 等營養物質;重金屬、氯代有機物、EDCs(環境內分泌干擾物質)、PPCPs(藥物及個人護理品)等有毒有害物質;大量致病微生物。CSOs污水作為這些污染物質遷移的載體,若未經處置而直排水體,存在較大危害。CSOs中的污染物會引發水體缺氧、富營養化進而招致水生態環境失衡;微生物中各種致病菌的繁衍、隨水體而傳播將嚴重危害城市居民的身體安康;污水中攜帶的顆粒污染物進入水體后會使水體混濁,影響水體的城市功用和感觀,毀壞人與自然的調和;因接納CSOs污染還會造成受納水體緩解城市熱島效應的作用被削弱,限制城市的可持續開展。

               

              2  CSOs污水的污染特性

               

              CSOs 污水主要由城市污水和降水組成;此外,CSOs 污水因沖刷作用還攜有相當數量的污水管道底泥,底泥中含有大量污染物及致病微生物。其中:城市污水主要包含生活污水、工業廢水,其流量及水質相對穩定;降水包含降雨、融雪,水量受天氣影響,狀況多變,存在很大的不肯定性,水質由兩組成,本身自然水質及徑流攜帶的污染水質,本身自然水質相對穩定(與空氣質量負相關),徑流污染水質隨降雨狀況變化而變化;管道底泥對CSOs污水的影響主要是增加污染物濃度,底泥的污染物濃度以及淤積量與降水頻次及強度有很大關系。綜上,CSOs 污水是以城市污水為本底,混有因降水而產生的徑流污染,并因沖刷作用而攜帶管道底泥。因而,CSOs 污水的特性很大水平上取決于降水狀況,故其污染具有非連續性、爆發性、隨機性的特性,詳細如下。

               

              2.1 隨降雨特性不同而變化

               

              依據趙慶豪的研討可知,雨天合流制管道流量峰值與雨強峰值并非同時呈現,管道流量峰值普通滯后于雨強峰值的主要緣由是降雨經匯流進入管網以及管道內的保送都需求時間;雨天合流制污水污染物濃度峰值與管道流量峰值呈現時間相差較小,簡直是同時呈現;當降雨為小到中雨或大雨時,污染物濃度均勻值隨降雨總量的增加而增加,而當降雨為暴雨或大暴雨時,后期降水對污染物起稀釋作用明顯,造成后期污染物濃度較低,污染物均勻濃度隨降雨總量的增大而減小。

               

              因而,短時集中降雨特別是前峰雨,CSOs污染最為嚴重,而連續的中、低強度降雨特別是后峰雨,可充沛發揮截流設備的截流效能,CSOs污染則較輕,見圖1。

               

              圖片5 

              2.2 徑流污染與底泥污染

               

              降雨期間,CSOs污水構成初期,污水流量不時變大,初期雨水沖刷攜帶地表大量污染物,同時管道中沉淀的底泥被帶走,易產生污染物濃度頂峰。隨后由于徑流量持續增大,溢流污水稀釋作用大于污染效果,溢流污水的污染物濃度恢復至初始程度,這種現象被稱作初期沖刷(first flush);降雨初期污染物濃度很高,通常是旱流污水的幾倍之多,有時以至能夠到達旱流污水的幾十倍。降雨徑流污染中,56%±26%的懸浮物來自城市地表與雨水口的堆積物,44%±26%的懸浮物源于生活污水的堆積物。表1是北京城區雨水徑流污染狀況,其中辨別了降雨初期徑流污染水質與均勻徑流污染水質。

               

              圖片6 

               

              依據美國EPA的研討,不同城市和地域間雨水徑流水質的統計結果無明顯區別。因而北京城區雨水徑流污染水質具有一定的代表性,能夠作為我國其他城市剖析雨水徑流污染時的參考。

               

              2.3 時間特性

               

              由于CSOs污染由降雨而觸發,因此具有非連續性、間歇性的特性。

               

              3 CSOs污水的水質參考

               

              CSOs水質隨城市降雨特性、居民生活習氣、城市氣候、空氣污染水平以及道路清洗頻率等屬地性要素不同而不同。目前,國內對其研討較少,未獲得結論性成果。本文參考已有研討成果,列出了武漢、巢湖、上海三個城市的CSOs水質狀況,作為選擇CSOs污水處置工藝的參考。

               

              3為武漢市喻家湖片區旱季污水及雨季時CSOs污水水質狀況。

               

              圖片7 

              4為巢湖市中心城區某檢測點處CSOs污水水質隨降雨特征不同的水質變化狀況。表5為其旱季污水及雨季時CSOs污水水質狀況比照。

               

              圖片8 

              6為上海中心城區雨季時CSOs污水(旱流污水需污水泵站轉輸)的水質狀況。一次降雨徑流污染過程中水質、水質變化范圍較大,采用污染物的流量加權均勻濃度(Event Mean Concentration,EMC)可以更好地表征降雨事情的污染特性。

               

              圖片9 

               

              4  CSOs污水處置工藝的選擇

               

              CSOs污水對水環境危害較大,對其實行處置,削減污染物以降低對環境的負面影響是全世界的共識。在興旺國度,針對CSOs的管理,曾經開發出很多成熟的技術及工藝。在德國,4 萬個 CSO 處置系統中,42%均設置了沉淀池,SS 經過沉淀處置,去除率可到達55%~75%。

               

              4.1 工藝請求

               

              CSOs的污水水量、水質變化范圍較大,存在非連續性的特性,故需處置工藝具備抗沖擊負荷性能強、間歇運轉、啟動疾速、外表水力負荷高、占用空間小、去除效率高、出水效果穩定、易于操作、維護簡單等特性。針對上述請求,化學一級強化處置無疑是CSOs污水高效處置工藝的首選計劃,其順應性強、投入產出比高,能夠用相對較少的投入取得較大的處置效果。近年來,以投加微砂、磁粉和回流污泥作為絮凝中心對絮凝過程實行強化的一級強化處置工藝獲得了良好的運用效果,它們都是經過改善絮凝階段的絮凝體構成與離特性,構成大而密實的絮凝體,進而取得較好的沉降效果。隨著這些工藝的不時推行、應用,一級強化處置工藝已成為CSOs污水處的中心工藝。本文僅對已成熟、穩定運轉、應用普遍、商業化勝利的處置工藝實行論證剖析。

               

              4.2 高密度沉淀池(泥渣循環)

               

              高密度沉淀池以得利滿(Degremont,蘇伊士水務工程前身)開發的Densadeg工藝為典型代表。是一種帶有污泥外部循環的改良型絮凝廓清池,是斜管廓清和污泥濃縮兩種原理的分離,具有構造緊湊、易于封鎖、對環境影響小、靈敏、高效的優點。

               

              4.2.1 工藝系統簡介及運轉原理

               

              Densadeg高密度沉淀池由以下構造組成:

               

              快速混合區;

               

              機械絮凝區;

               

              水力絮凝區;

               

              沉淀池(90%的絮體被沉淀和濃縮而不會上浮至斜管區);

               

              斜管和上方的集水槽;

               

              污泥回流管(將濃縮污泥循環至絮凝區入口),見圖2。

               

              圖片10 

               

              優化的絮凝機制,高密度沉淀池有兩個連續的絮凝反響池(一個機械循環攪拌,一個水力低速推流),從而使絮凝時間及速度梯度分配愈加合理。在這個系統中,高分子聚合物助凝劑分別在絮凝池和污泥循環停止兩次投加,能夠使絮體愈加嚴密而構成了一種愈加合適高水力負荷的自載體絮凝,并且能夠取得更高的濃縮污泥濃度,其污泥濃度超越了靜態濃縮池的2倍。

               

              帶有斜管的廓清濃縮池,此結構具有三個功用:

               

              使得大多數污泥產生受阻沉降:經過優化的絮凝機制而取得較大的絮體直徑及較高的絮體密度,故可產生高的沉降速度使受阻沉降成為可能;

               

              斜管組件的深度處置功用:采用下游配水系統使斜管區的上升水流平衡穩定,防止了水流擾動帶出殘留絮體,可持污泥層的整體性,平均的過流速度還能夠防止污泥部分上升,進而保證整個廓清集水區具有相同的廓清水質;

               

              采用底部刮泥機和柵耙刮板實行污泥濃縮。

               

              污泥循環廓清,礬花在廓清池下部聚集成污泥并濃縮。濃縮辨別為兩層:上層位于排泥斗上部,為再循環污泥;下層位于排泥斗下部,為外排的剩余污泥。

               

              濃縮后的再循環污泥經過螺桿泵以較低的流速實行循環,以防止絮體破碎?;亓魑勰鄷黾油獗斫佑|面積加速絮體的構成和凝聚。當絮體體積約為機械絮凝區體積的10%時,Densadeg高密度沉淀池的絮凝效果最好。剩余污泥的排放由池底的泥位控制,所以其排放通常是間歇性的。

               

              4.2.2 工藝特性

               

              1)產水量高,因池體內設有帶濃縮功用的刮泥機,外排污泥的濃度較高,因此減少水量損失。

               

              2)污泥濃縮同步完成,外排污泥濃度高(2040g/L),可直接實施脫水,無需再實行濃縮,儉省了污泥后續處置的投資及運轉費用。

               

              3)節約用地,Densadeg高性能沉淀池集絮凝、沉淀、濃縮于一體,構造緊湊,水力負荷高。

               

              4)抗沖擊負荷才能強,由于絮凝區污泥濃度主要依托濃縮污泥的回流,而不是依賴于進水絮凝后的懸浮絮體,因而對原水的水質和水量的浮動并不敏感。

               

              5)削減污染效果顯著,對TP、SS、COD、BOD5都有較好的去除效果。

               

              6)污泥的回流促進了反響池中的混凝和絮凝反響,且回流污泥中會含有一些藥劑成分,回流至絮凝區后,延長了泥渣和水的絮凝接觸時間,使其能夠再次得到應用,進一步減少藥劑的投加,可比常規混凝沉淀工藝儉省藥劑10%20%。

               

              4.2.3 工藝設計參數

               

              取值高密度沉淀池依據其不同的處置目的有不同的設計參數,本文總結了各種工程案例,給出用于CSO污水處置的主要設計參數(參數的選擇相對激進),見表7。

               

              圖片11 

               

              由于原水水質的不同,高密度沉淀池設計采用的水力負荷(上升流速)差別很大。關于污水深度處置、污水初級處置及雨水處置上升流速與SS去除率的關系如圖3所示。由于初期雨水各類污染物的可沉比例較高、有機物含量相對較低,同樣處置污水的高密度沉淀池如用于處置雨水或合流污水,其設計上升流速可高些。

               

              圖片12 

              4.3 加砂高速沉淀池(微砂循環)

               

              在普通高密度沉淀池的根底上,將泥渣循環改為微砂循環,構成了一種新型工藝加砂高速沉淀池,以威立雅公司開發的Actiflor工藝為典型代表。該工藝經過投加微砂(粒徑為100150μm),使污染物在高分子絮凝劑的作用下與微砂聚合成大顆粒的易于沉淀的絮體,從而加快了污染物在沉淀池中的沉淀速度,又分離斜板沉淀的原理,大大減少了沉淀池的面積及沉淀時間,并能得到良好的出水效果。

               

              4.3.1 工藝系統簡介及運轉原理

               

              Actiflo高效沉淀工藝由混凝池、投加池、熟化池、斜管()沉淀池以及微砂循環和污泥排放系統組成。詳細構造見圖4。

               

               

              圖片13 

               

              混凝池:混凝劑投加在原水中,在快速攪拌器的作用下同污水快速混合,構成小的絮體然后進入絮凝池。

               

              投加池:微砂和混凝構成的小絮體在快速攪拌器的作用快速混合,并以微砂為中心構成密度更大、更重的絮體,以利于在沉淀池中的快速沉淀。

               

              熟化池(絮凝池):絮凝劑促使進入的小絮體經過吸附、電性中和和互相間的架橋作用構成更大的絮體,慢速攪拌器的作用既使藥劑和絮體可以充沛混合又不會毀壞已構成的大絮體。

               

              斜板沉淀池:含砂絮體在斜管()沉淀池完成了高速沉淀,沉淀池上部水被集水槽搜集,含有微砂的污泥沉淀于池底,由刮泥機搜集至沉淀池底部中央的區域。

               

              微砂循環及污泥排放:沉淀池底部的污泥被微砂循環泵抽出,至水力旋流器停止泥砂別離。由于微砂與污泥的密度存在差別,因而在水力旋流器向心力的作用下,污泥與微砂別離。別離的微砂直接回用于投加池,完成微砂的反復應用。

               

              4.3.2 工藝特性

               

              1)加砂高速沉淀池是將混合、絮凝、沉淀高度集成一體,節省占地面積。由于其能夠采用更高的水力負荷高,所需空間相較于其它高效沉淀池更有優勢。

               

              2)水力負荷高,由于以微砂為中心構成的絮體沉降速度快,在相同出水水質前提下,能夠允許較高的水力負荷。

               

              3)抗沖擊負荷性能強,微砂循環可以保證池內具有較高的懸浮物濃度,承受進水懸浮物濃度的沖擊性能強。

               

              4)絮體沉降離效果好,出水水質好,對TP、SS、COD、BOD5都有不錯的去除效果。絮體沉降速度快,在進入斜板區時,大量絮體已沉降,斜板不需求經常沖洗。

               

              5)重新啟動時間短,短時間可滿足穩定的出水水質。

               

              4.3.3 工藝設計參數取值

               

              加砂高速度沉淀池依據其不同的處置目的有不同的設計參數,本文總結了各種工程案例,給出用于CSO污水處置的主要設計參數(參數的選擇相對激進),見表8。

               

              圖片14 

               

              詳細的一些設計參數選擇如下:

               

              (1)微砂回流比:回流比= 3%+(TSS/1 000)×7%TSS為進水水質)。

               

              (2)攪拌功率:混凝池的攪拌器功率最大應到達150 W/m3,注射池70 W/m3,熟化池40 W/m3,且需變頻控制。

               

              (3)微砂是Actiflo高效沉淀工藝的中心,通常請求微砂為圓形石英砂,其硅含量>95%,平均系數(d60/d10<1.7。

               

              4.4 磁混凝高效沉淀池

               

              在普通高密度沉淀池的根底上,同步參加磁介質(磁粉相對密度為5.2,粒徑較?。?,經過絮凝、吸附、架橋的作用將水中的微小懸浮物或不溶性污染物與粒徑極小的磁性顆粒實現極有效率的分離,來增加絮體的體積和密度。從而加快絮體的沉降速度,有效降低了清池的水力停留時間并增大了其外表負荷。

               

              4.4.1 工藝系統簡介及運轉原理

               

              磁混凝高效沉淀池是在傳統絮凝沉淀工藝的根底上增加了磁粉加載反響池、高剪切器以及磁別f離器等設備。詳細工藝流程如下(見圖5和圖6):

               

              圖片15 

              污水進入快速混合區并投加混凝劑,快混區內設有快速混合攪拌機,污水與混凝劑快速混合后進入磁介質混合區。在磁介質混合區內設置攪拌器,污水與補充磁介質及回收應用的磁介質充沛混合后經底部進入絮凝反響區。絮凝反響區內投加絮凝劑,由絮凝攪拌機實行充沛的絮凝反響后溢流到沉淀區。沉淀區上部設有斜管。

               

              充沛絮凝的磁團混合體進入沉淀區,快速沉降在沉淀池底部,由刮泥機刮集至中心的污泥斗并分為二路,一路由回流泵提升至磁介質混合區,另一路由剩余污泥泵抽出并送至磁介質回收系統停止磁團剝離和磁介質回收,回收的磁介質再次進入磁介質混合區繼續參與反響。剩余污泥則進入后續污泥處置系統。

               

              4.4.2 工藝特性

               

              1)采用磁種作為載體結構磁絮團,技術穩定成熟。

               

              2)對SS、TP去除效果好,同時還能去除大腸桿菌、非溶解性COD和藻類等。

               

              3)污泥回流,使藥劑能循環應用,有效降低運轉本錢。

               

              4)耐沖擊負荷才能強,對水質的沖擊有共同的耐沖擊性能。

               

              5)磁絮凝設備的磁場強度難以提升,選擇性差,常常存在不同的漏磁現象,造價及運轉能耗相對較高,混凝劑普通要具有順磁性,水溫不能過低。

               

              4.4.3 工藝設計參數取值

               

              磁混凝高效沉淀池依據其不同的處置目的有不同的設計參數,本文總結了各種工程案例,給出用于CSO污水處置的主要設計參數(參數的選擇相對激進),見表9。

               

              圖片16 

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              CSOs作為城市污水、管道底泥、地表污染物遷移的載體,具有非連續性、迸發性、隨機性的污染特性,若未經處置而直排水體,存在較大危害;對其停止處置,減少污染物后再行排放已成為行業共識,中心處置工藝的選擇便是重中之重。綜上剖析,在出水水質相同的狀況下,加砂高速沉淀池水力負荷最高;普通高密度沉淀池的產水率及排泥濃度最高。每種處置工藝都有本人的優缺陷及適用性,設計時需求依據進、出水請求、用空中積、投資、運轉本錢、后期維護以及場地四周的環境需求等多種限制性條件實行綜合比選,肯定最為適合的工藝計劃。

               

               


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