雨污混接系統(tǒng)溢流水質(zhì)分析及初級(jí)處理研究

章 劍,黃顯懷,韋雪華

(安徽建筑工業(yè)學(xué)院,安徽合肥230000)

合流制排水系統(tǒng)(CSS)是采用單一管道收集和輸送生活、商業(yè)、工業(yè)廢水和雨水的排水方式,當(dāng)污水量超過(guò)合流管網(wǎng)和污水處理設(shè)施的承載量時(shí),將形成雨污混接系統(tǒng)溢流污水(CSO)而被直接排放到地表水體[1]。溢流污水含病原體、好氧污染物、懸浮固體、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、有毒物質(zhì)、漂浮物質(zhì)等物質(zhì),不但會(huì)對(duì)受納水體的物化性質(zhì)產(chǎn)生不利影響,甚至影響當(dāng)?shù)氐墓┧此|(zhì)[2]。

雨污混接溢流受降雨強(qiáng)度、降雨量、氣象水文、污水水質(zhì)狀況、管道沉積物性質(zhì)和排水體制等因素的綜合影響,因而對(duì)溢流污染控制極其復(fù)雜[3]。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)60年代起就對(duì)雨污混接系統(tǒng)溢流展開(kāi)了研究,并制定了CSO污染控制技術(shù)的設(shè)計(jì)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn),而我國(guó)多數(shù)城市對(duì)雨污混接系統(tǒng)溢流污染問(wèn)題缺乏系統(tǒng)且深入的研究,還沒(méi)形成相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),所以,加快對(duì)雨污混接系統(tǒng)溢流污染控制問(wèn)題的研究和相關(guān)技術(shù)與規(guī)范的制定顯得尤為重要[4]。

合肥市南淝河長(zhǎng)70 km,流域面積1 446 km2。由于南淝河上游滁河干渠的截留和董鋪水庫(kù)的蓄水,該河流實(shí)際已成為合肥市的納污河道,各類污水污物不斷涌入,河水變臭,河道淤積,河床抬高,環(huán)境惡化,生態(tài)遭受破壞。特別在雨天,雨污混接系統(tǒng)溢流污水直接進(jìn)入南淝河,給南淝河的水質(zhì)造成嚴(yán)重影響。試驗(yàn)分析了南淝河清溪路段清Ⅰ沖、清Ⅱ沖雨污混接系統(tǒng)污水的水質(zhì)特性,并探討了混凝沉降工藝對(duì)溢流污水進(jìn)行初級(jí)處理的可行性。

1 試驗(yàn)條件

1.1 取水樣地點(diǎn)

試驗(yàn)選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)在清Ⅰ沖、清Ⅱ沖。

(1)清I沖取樣口:距警官學(xué)校大門西約585 m;

(2)清II沖取樣口:位于清溪路以南,距離警官學(xué)校大門東約410 m。

1.2 取樣方案

對(duì)初期溢流污水進(jìn)行取樣,實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析監(jiān)測(cè),測(cè)定重鉻酸鉀指數(shù)CODCr,SS,均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。根據(jù)天氣預(yù)報(bào),適時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察,勘定是否發(fā)生雨污溢流,一旦溢流發(fā)生,兩組人員分別至清Ⅰ沖、清Ⅱ沖同時(shí)取樣,取樣時(shí)間間隔同為20 min,取樣歷時(shí)120 min,取樣次數(shù)為5次,確保時(shí)間上具有一致性。為使試驗(yàn)具有對(duì)照性,用4月29日旱流水質(zhì)(DW)作為對(duì)照樣。實(shí)測(cè)降雨情況如表1。

表1 實(shí)測(cè)降雨情況

1.3 試驗(yàn)設(shè)備與方法

儀器:ZR4-6混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)(深圳市中潤(rùn)水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司)

混凝劑:聚合鋁鐵(PAFC)

實(shí)驗(yàn)方法:

(1)檢測(cè)每次連續(xù)取樣的污水COD,SS,自由沉降30 min后的COD,SS。

(2)將每次連續(xù)取樣的污水均勻混合(本試驗(yàn)驗(yàn)以CSO1,CSO4為例),在ZR4-6混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)的6個(gè)容器中各加入1 000 mL混合液后,再各加入一定量的無(wú)機(jī)混凝劑聚合鋁鐵(PAFC),其量為0 mg (自由沉降),20 mg,40 mg,60 mg,80 mg,以400 r/min攪拌速度攪拌2 min后,降低轉(zhuǎn)速至200 r/min繼續(xù)攪拌1 min,關(guān)機(jī)靜置30 min后,取上清液,測(cè)COD,SS。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

由圖1可知,歷次降雨期間,CSO1,CSO4,CSO5污染物的濃度變化曲線相似,污染物濃度迅速增加然后降低,顯示出較強(qiáng)初期污染效應(yīng)[5]。

圖1 COD水質(zhì)變化曲線

2.1 清Ⅰ沖原水水質(zhì)變化分析

COD與SS質(zhì)量濃度具有基本類似的變化趨勢(shì),雨天污水溢流口COD,SS質(zhì)量濃度變化幅度都較大,峰值濃度高。如圖1-2所示,COD質(zhì)量濃度變化范圍為1 806～88 mg/L,SS質(zhì)量濃度變化范圍為2 357～323 mg/L。溢流污水由于未經(jīng)任何處理,直接排入南淝河,故入河污染值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 SS水質(zhì)變化曲線

研究表明,清Ⅰ沖雨季時(shí)的溢流水質(zhì)要比旱季時(shí)污水水質(zhì)差很多,特別在形成徑流的初期。以CSO1為例,其COD質(zhì)量濃度為365～1 713 mg/L,旱季時(shí)的COD質(zhì)量濃度為89～169 mg/L,主要是因旱季流速較慢而雨水溢流時(shí)期沉積在管道底部的固體被沖刷起來(lái)帶入溢流污水。

管道經(jīng)過(guò)久旱之后,降雨所形成的CSO水質(zhì)較差,如CSO1,CSO4,CSO5。若降雨間隔很近時(shí),由于前期雨水的沖刷作用,使后期的溢流污水COD質(zhì)量濃度較小,水質(zhì)較好,如CSO2,CSO3,其監(jiān)測(cè)COD質(zhì)量濃度明顯小于CSO1,CSO4,CSO5,顯然CSO1雨水沖刷作用使CSO2,CSO3的COD,SS質(zhì)量濃度變小。

2.2 清Ⅰ沖原水自由沉降水質(zhì)變化分析

圖1～4數(shù)據(jù)表明,清Ⅰ沖雨天溢流污水可以通過(guò)自由沉降使初期CSOs污水COD,SS大幅度降低。其各次取樣的自由沉降出水COD去除率曲線如圖5,總體去除率為54.1%～86.3%;其各次取樣的自由沉降出水SS去除率曲線如圖6,總體去除率為39.9%～80.9%。

圖3 自由沉降出水COD水質(zhì)變化曲線

圖4 自由沉降出水SS水質(zhì)變化曲線

圖5 自由沉降出水COD去除率

圖6 自由沉降出水SS去除率

CSO1的原水SS質(zhì)量濃度(圖4)明顯高于其它取樣的檢測(cè)值,CSO1中SS質(zhì)量濃度最大值達(dá)到2 357 mg/L,明顯大于 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?yàn)榻涤觊g隔的影響。2008年冬天至次年5月期間,降雨水量與次數(shù)少且小,溝道底泥沉積,地面長(zhǎng)時(shí)間未被雨水有效沖刷,一旦遇到強(qiáng)度較大的降雨天氣,導(dǎo)致溢流污水?dāng)y帶比后期降雨更多的污染物。5月以后,降雨頻率明顯增加。經(jīng)過(guò)多次的沖刷,COD,SS質(zhì)量濃度較初次沖刷形成的污水值要小。由以上分析可知,降雨間隔時(shí)間越長(zhǎng),溢流污染越嚴(yán)重。

2.3 清Ⅰ沖原水混凝沉降出水水質(zhì)變化分析

將CSO1,CSO4所取水樣分別均勻混合,測(cè)得其混合水樣COD質(zhì)量濃度分別為973 mg/L,632 mg/ L,SS則分別為1 696 mg/L,798 mg/L。如圖7～8所示,混合原水自由沉降30 min后,COD質(zhì)量濃度分別為234 mg/L,190 mg/L,SS則分別為458 mg/L, 173 mg/L。當(dāng)混凝劑PAFC投加量在20～60 mg時(shí), CSO1,CSO5中上清液COD,SS值明顯降低,CSO1, CSO4中COD值最低將至10 mg,50 mg以下,去除率皆可達(dá)到92.0%以上,SS值最低降至40,10 mg以下,去除率可達(dá)到90.0%以上。

圖7 混凝沉降出水COD水質(zhì)變化及其去除效率

圖8 混凝沉降出水SS水質(zhì)變化及其去除效率

試驗(yàn)研究表明,當(dāng)混凝劑投加量在20～60 mg時(shí),污水處理后水質(zhì)較好,混凝沉淀后的污泥密實(shí),呈黑灰色,上清液透明,能見(jiàn)度高。

3 清Ⅰ沖與清Ⅱ沖污水處理效果對(duì)比分析

對(duì)清Ⅱ沖9月20日溢流污水進(jìn)行混凝沉降試驗(yàn),混合原水COD質(zhì)量濃度為251 mg/L,SS為263 mg/L,混凝后COD,SS水質(zhì)變化如圖9,去除效率如圖10。與清Ⅰ沖CSO4進(jìn)行水質(zhì)對(duì)比(如圖7～8),清Ⅱ沖水樣自由沉降性能較差。自由沉降后COD質(zhì)量濃度為234 mg/L,去除率為6.8%,最佳PAFC投加質(zhì)量濃度為40 mg/L。當(dāng)COD投加質(zhì)量濃度大于40 mg/L時(shí),COD值降低不明顯。而SS自由沉降后質(zhì)量濃度為 201 mg/L,去除率23.6%,投加混凝劑后,SS沉降效果明顯,其質(zhì)量濃度降至4.3 mg/L,其去除率可達(dá)到98%,出現(xiàn)COD去除效果差,而SS處理效果明顯。

圖9 混凝沉降出水COD與SS水質(zhì)變化

圖10 混凝沉降出水COD與SS去除效率

清Ⅰ沖混凝試驗(yàn)可以看出,COD,SS去除效果具有較好的相關(guān)性,即當(dāng)SS去除效果明顯時(shí),COD去除效果亦較好。其主要原因是,雖然在同一時(shí)刻取水,但清Ⅰ沖,清Ⅱ沖溢流水質(zhì)不同:清Ⅰ沖主要污染物是被沖刷的溝道底泥和地面徑流形成的污水,具有較好的沉降性;清Ⅱ沖雖然也有同清Ⅰ沖類似的污水,但形成的量相比清Ⅰ沖少得多,并且清Ⅱ沖上游有豆類加工廠和養(yǎng)殖場(chǎng),其生產(chǎn)的廢水直接排入清Ⅱ沖溝道,與雨水混合,故其可溶性COD含量較高,難以沉降,而混凝沉降時(shí),微小顆粒狀固體易在混凝條件下去除,可溶性COD則不易去除。故清Ⅰ沖溢流污水比清Ⅱ沖更易進(jìn)行混凝處理。

4 結(jié)論與建議

(1)清Ⅰ沖初期溢流污水污染嚴(yán)重,若直接排放至南淝河,勢(shì)必將造成嚴(yán)重的污染。清Ⅰ沖初期溢流水質(zhì)有良好的自由沉降和混凝處理效果,可以對(duì)清Ⅰ沖雨天初期污水就地處理。

(2)清Ⅱ沖初期溢流污水中 SS具有很好的混凝沉降性能,可以進(jìn)行混凝沉降處理,但需要對(duì)清Ⅱ沖上游的養(yǎng)殖場(chǎng)和豆類加工業(yè)排放的污水進(jìn)行集中處理,以降低可溶性COD的污染,改善清Ⅱ沖溢流水質(zhì)。

[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,陳長(zhǎng)太,林衛(wèi)青,等.初期雨水調(diào)蓄池控制溢流污染研究[J].中國(guó)給水排水,2005,11(8):18-21.

[4] 楊 雪,車 伍,李俊奇,等.國(guó)內(nèi)外對(duì)合流制管道溢流污染的控制與管理[J].中國(guó)給水排水,2008,24(16):7-11.

[5] 譚 瓊,李 田,高秋霞.上海市排水系統(tǒng)雨天出流的初期效應(yīng)分析[J].中國(guó)給水排水,2005,21(11):26-30.