雨污混接系統溢流水質分析及初級處理研究

章 劍,黃顯懷,韋雪華

(安徽建筑工業學院,安徽合肥230000)

合流制排水系統(CSS)是采用單一管道收集和輸送生活、商業、工業廢水和雨水的排水方式,當污水量超過合流管網和污水處理設施的承載量時,將形成雨污混接系統溢流污水(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、營養物質、有毒物質、漂浮物質等物質,不但會對受納水體的物化性質產生不利影響,甚至影響當地的供水水源水質[2]。

雨污混接溢流受降雨強度、降雨量、氣象水文、污水水質狀況、管道沉積物性質和排水體制等因素的綜合影響,因而對溢流污染控制極其復雜[3]。歐美發達國家在20世紀60年代起就對雨污混接系統溢流展開了研究,并制定了CSO污染控制技術的設計規定和標準,而我國多數城市對雨污混接系統溢流污染問題缺乏系統且深入的研究,還沒形成相應的規范和標準,所以,加快對雨污混接系統溢流污染控制問題的研究和相關技術與規范的制定顯得尤為重要[4]。

合肥市南淝河長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的蓄水,該河流實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,環境惡化,生態遭受破壞。特別在雨天,雨污混接系統溢流污水直接進入南淝河,給南淝河的水質造成嚴重影響。試驗分析了南淝河清溪路段清Ⅰ沖、清Ⅱ沖雨污混接系統污水的水質特性,并探討了混凝沉降工藝對溢流污水進行初級處理的可行性。

1 試驗條件

1.1 取水樣地點

試驗選取監測點在清Ⅰ沖、清Ⅱ沖。

(1)清I沖取樣口:距警官學校大門西約585 m;

(2)清II沖取樣口:位于清溪路以南,距離警官學校大門東約410 m。

1.2 取樣方案

對初期溢流污水進行取樣,實驗室進行分析監測,測定重鉻酸鉀指數CODCr,SS,均采用國家標準方法。根據天氣預報,適時到現場進行觀察,勘定是否發生雨污溢流,一旦溢流發生,兩組人員分別至清Ⅰ沖、清Ⅱ沖同時取樣,取樣時間間隔同為20 min,取樣歷時120 min,取樣次數為5次,確保時間上具有一致性。為使試驗具有對照性,用4月29日旱流水質(DW)作為對照樣。實測降雨情況如表1。

表1 實測降雨情況

1.3 試驗設備與方法

儀器:ZR4-6混凝試驗攪拌機(深圳市中潤水工業技術發展有限公司)

混凝劑:聚合鋁鐵(PAFC)

實驗方法:

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

(2)將每次連續取樣的污水均勻混合(本試驗驗以CSO1,CSO4為例),在ZR4-6混凝試驗攪拌機的6個容器中各加入1 000 mL混合液后,再各加入一定量的無機混凝劑聚合鋁鐵(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,降低轉速至200 r/min繼續攪拌1 min,關機靜置30 min后,取上清液,測COD,SS。

2 實驗結果及數據分析

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,顯示出較強初期污染效應[5]。

圖1 COD水質變化曲線

2.1 清Ⅰ沖原水水質變化分析

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

圖2 SS水質變化曲線

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

管道經過久旱之后,降雨所形成的CSO水質較差,如CSO1,CSO4,CSO5。若降雨間隔很近時,由于前期雨水的沖刷作用,使后期的溢流污水COD質量濃度較小,水質較好,如CSO2,CSO3,其監測COD質量濃度明顯小于CSO1,CSO4,CSO5,顯然CSO1雨水沖刷作用使CSO2,CSO3的COD,SS質量濃度變小。

2.2 清Ⅰ沖原水自由沉降水質變化分析

圖1～4數據表明,清Ⅰ沖雨天溢流污水可以通過自由沉降使初期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水質變化曲線

圖4 自由沉降出水SS水質變化曲線

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質量濃度(圖4)明顯高于其它取樣的檢測值,CSO1中SS質量濃度最大值達到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為降雨間隔的影響。2008年冬天至次年5月期間,降雨水量與次數少且小,溝道底泥沉積,地面長時間未被雨水有效沖刷,一旦遇到強度較大的降雨天氣,導致溢流污水攜帶比后期降雨更多的污染物。5月以后,降雨頻率明顯增加。經過多次的沖刷,COD,SS質量濃度較初次沖刷形成的污水值要小。由以上分析可知,降雨間隔時間越長,溢流污染越嚴重。

2.3 清Ⅰ沖原水混凝沉降出水水質變化分析

將CSO1,CSO4所取水樣分別均勻混合,測得其混合水樣COD質量濃度分別為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質量濃度分別為234 mg/L,190 mg/L,SS則分別為458 mg/L, 173 mg/L。當混凝劑PAFC投加量在20～60 mg時, 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,去除率皆可達到92.0%以上,SS值最低降至40,10 mg以下,去除率可達到90.0%以上。

圖7 混凝沉降出水COD水質變化及其去除效率

圖8 混凝沉降出水SS水質變化及其去除效率

試驗研究表明,當混凝劑投加量在20～60 mg時,污水處理后水質較好,混凝沉淀后的污泥密實,呈黑灰色,上清液透明,能見度高。

3 清Ⅰ沖與清Ⅱ沖污水處理效果對比分析

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

圖10 混凝沉降出水COD與SS去除效率

清Ⅰ沖混凝試驗可以看出,COD,SS去除效果具有較好的相關性,即當SS去除效果明顯時,COD去除效果亦較好。其主要原因是,雖然在同一時刻取水,但清Ⅰ沖,清Ⅱ沖溢流水質不同: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殖場,其生產的廢水直接排入清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,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沖更易進行混凝處理。

4 結論與建議

(1)清Ⅰ沖初期溢流污水污染嚴重,若直接排放至南淝河,勢必將造成嚴重的污染。清Ⅰ沖初期溢流水質有良好的自由沉降和混凝處理效果,可以對清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,可以進行混凝沉降處理,但需要對清Ⅱ沖上游的養殖場和豆類加工業排放的污水進行集中處理,以降低可溶性COD的污染,改善清Ⅱ沖溢流水質。

[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,陳長太,林衛青,等.初期雨水調蓄池控制溢流污染研究[J].中國給水排水,2005,11(8):18-21.

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

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