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)化進程的快速推進，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)蓄處理技術對雨天合流污水溢流污染進行削減和控制，在國內(nèi)尚屬首次。通過實驗室實驗和生產(chǎn)性試驗，甄選出經(jīng)濟有效的藥劑，確定藥劑的投加量，在設計參數(shù)的基礎上，進一步優(yōu)化確定蕰藻浜泵站調(diào)蓄處理工藝參數(shù)，為雨天實現(xiàn)快速處理排放提供技術支撐。

調(diào)蓄處理；溢流污染；技術方法；實驗室小試；生產(chǎn)性試驗

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)的設計負荷，起防洪作用。調(diào)蓄池可暫時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發(fā)展和對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，還結合沉淀、撇渣等去除污染物的功能，以降低面源污染負荷。近幾年，發(fā)達國家對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，有較完備的適合其本國的技術和法規(guī)體系。德國早在1977年就已經(jīng)頒布了《ATV128合流制污水系統(tǒng)曝雨削減裝置設置指針》，并在1990年對其進行了修訂，在上世紀90年代已基本實現(xiàn)對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。國內(nèi)關于雨水調(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)面源污染控制關鍵技術與工程示范”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)存在較為嚴重的雨污混接現(xiàn)象，因此每逢降雨，西干線的水量會有較大規(guī)模的增長，超出終端石洞口污水處理廠的處理規(guī)模。在新蕰藻浜泵站設計了20 000 m3的雨水調(diào)蓄池，并且配套了設計處理能力為1.0 m3/s的處理池，在調(diào)蓄池注滿的情況下對污水進行快速處理后排放，既保證西干線水量輸送的安全，也降低了溢流污水對水體產(chǎn)生的污染。蕰藻浜調(diào)蓄處理池是我國污水系統(tǒng)首個有預處理功能的大型調(diào)蓄池，其設計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荷，進一步改善上海的水質(zhì)。參照蕰藻浜調(diào)蓄處理池的設計規(guī)模，通過實驗室小試及生產(chǎn)性試驗尋找合適的調(diào)蓄處理藥劑，以及確定具體的運行參數(shù)，為優(yōu)化蕰藻浜調(diào)蓄處理池的運行提供最佳方案和策略，減少雨天合流污水溢流對蕰藻浜等水體的污染，改善水環(huán)境具有重要意義和價值。

2　實驗室小試

實驗室燒杯混凝攪拌試驗是根據(jù)上海市西干線系統(tǒng)水質(zhì)的實際情況，選擇4種具有代表性的無機混凝劑：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%）與有機高分子絮凝劑（PAM）復配分別進行混凝燒杯試驗，測定進出水的CODCr、SS、TP等主要污染指標。通過投加量實驗、絮凝效果觀察、沉速測定等進行混凝沉降效果和污染物去除率的比較，以及理論分析，進行藥劑篩選、快速處理研究的初探。

2.1設備與方法

小試采用的試驗設備如表1所列。

表1　主要實驗設備一覽表

試驗方法主要包括：（1）預攪拌：加無機藥劑，轉速150 r/min，攪拌1 min；（2）混合：加有機藥劑，轉速150 r/min，攪拌1 min；（3）絮凝：轉速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，性價比最高的，建議作為首選藥劑。

表2　各種混凝劑對溢流污水污染物的去除率一覽表

3　生產(chǎn)性試驗

通過混凝攪拌燒杯試驗結果，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，然后在此基礎上進行生產(chǎn)性試驗等一系列試驗，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進水水質(zhì)分析

西干線蕰藻浜泵站目前的服務區(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，不同時間、不同地點、不同雨量都會導致混接污水水量水質(zhì)的較大變化。因此，需對蕰藻浜調(diào)蓄池旱流污水、不同降雨工況下包括小中強雨混接雨污水，以及暴雨溢流污水進入蕰藻浜泵站的水質(zhì)進行監(jiān)測分析。

圖1，圖2，圖3分別顯示了旱流及不同降雨強度、不同取樣時間混接雨水進入系統(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有所升高，尤其是SS和CODCr濃度有所提高，隨著降水的進行，SS，CODCr濃度開始減少，CODCr濃度和 SS濃度在150～250 mg/L之間；由于降水強度不大，強降雨時間持續(xù)不長，因此，雨水初期效應不明顯，另外，由于水樣取自泵站集水井，泵站進水采用提升泵提升，提升泵在提升污水的同時也使污水得到了充分混合，所測水質(zhì)結果很難表現(xiàn)雨水初期效應。

圖1　旱流污水各污染物濃度曲線圖

圖2　小中強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

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，進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臺水泵提升后進入下層調(diào)蓄池；當水量超出調(diào)蓄池設計容積后，則污水進入上層處理池。該項研究針對6組處理池中的3組，使用一臺污水提升泵（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，相應藥品投加量也較多。研究結果表明，在設計流量下，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主要運行參數(shù)確定

在確定了投藥量的最佳配比的基礎上，開啟蕰藻浜6組處理池，采用不同進水量的運行工況，研究處理池的最大水力負荷，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)運行提供技術指導。

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）對進出水水質(zhì)，處理效果進行研究分析。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工況明顯較差。當處理規(guī)模為0.5～0.7 m3/s時，同等藥劑的加量下，SS的去除率達到了76%～77%，CODCr的去除率達到了65%～66%，TP的去除率達到了75%，較處理規(guī)模為0.8～1.0 m3/s時去除率提升了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)性試驗研究表明，當進水量為設計規(guī)模的70%時，可以達到處理池的最佳處理效果，而當進水量進一步減小時，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水力停留時間

設計水力停留時間為24 min。生產(chǎn)性試驗采用6種水力停留時間（24 min、27 min、30 min、34 min、40 min、48 min，分別對應進水量為1.0 m3/s、0.9 m3/s、0.8 m3/s、0.7 m3/s、0.6 m3/s、0.5 m3/s）對出水水質(zhì)進行觀察與驗證。圖4～圖7分別顯示進水量為1.0 m3/s、0.9 m3/s、0.8 m3/s、0.7 m3/s時的出水情況。隨著處理池進水流量的增加，沉淀池表面水負荷隨之加大，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。研究結果表明：進水量超過0.8 m3/s時，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。當進水量降低到0.7 m3/s以下時，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?，按照設計沉淀池水力停留時間24 min時，處理效果不佳，因此需通過降低進水量增加水力停留時間，使礬花充分沉淀，提高出水水質(zhì)。經(jīng)過實驗研究，進水量降低到0.7 m3/s以下時，即水力停留時間大于34 min時，出水效果較好，污染物減排效應明顯。

圖4　進水量為1.0 m3/s時出水情況實景

圖5　進水量為0.9 m3/s時出水情況實景

圖6　進水量為0.8 m3/s時出水情況實景

圖7　進水量為0.7 m3/s時出水情況實景

4　結　論

（1）通過實驗室燒杯試驗結果，硫酸鋁是4種無機藥劑中處理效果好，價格低廉，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，去除率可分別達到88%、63%、77%。

（2）在實驗室小試的基礎上，進一步通過生產(chǎn)性實驗研究，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，進水量控制在0.7 m3/s（設計處理規(guī)模的70%），水力停留時間時為34 min，處理效果最佳，對環(huán)境減排污染負荷最有效。

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工作。