论文部分内容阅读
摘要: 合流制排水系统溢流污水中含有大量的污染物, 若不经处理直接排入受纳水体, 将对受纳水体水环境造成极大的污染。因此, 探讨溢流污水的处理技术具有重要的意义。合流制溢流（ＣＳＯ）污染控制以削减溢流进入受纳水体的污染物总量为目标。由于合流制排水系统的复杂性以及污染物传输、溢流过程的随机性和多变性，ＣＳＯ污染控制涉及一系列错综复杂的理论与工程实际问题，因而需要进行科学的系统决策，以降低投资、提高效益。
关键词: 合流制排水系统 污水溢流 处理
中图分类号：S276.3文献标识码： A
城市的排水系统分合流制和分流制两种。其中合流制排水系统是将生产污水、工业废水和雨水混合在同渠内排除, 现在常采用的是截流式合流制排水系统。合流制排水系统污水溢流是指雨天, 随着雨量的增加, 雨水径流相应增加, 当流量超过截流干管的输送能力时, 将出现溢流, 部分雨污混合污水经过溢流井或泵站排入受纳水体而发生溢流。合流制排水系統的溢流排放是我国地表水污染的主要问题。保护一个城市的地表水源是我国城市化进程中重要的一环。因此, 研究合流排水系统溢流污染特性, 以及相关控制工程措施, 对保护城市水环境具有重要意义。
一、CSOs 水质水量特点及其危害
1、CSOs 水质
CSOs 收集了生活污水、工业废水、雨水三种性质不同的水体, 以及晴天时形成的腐烂的沟道底泥, 含有大量的污染物, 而且污染物的量也根据各种水量的比例不同而不同, 溢流污水具有流量大、历时短、污染物含量高等特点。表1对比了国内外合流制排水系统溢流污水水质。
2、CSOs 危害
溢流污水具体危害表现在以下几个方面:影响水生生物。大量的有机污染物排入水体,消耗水体的溶解氧, 造成水中溶解氧下降, 水体中经常出现低溶解氧状态, 影响水生生物的生长, 严重时妨碍水产养殖业发展; 另外, 工业废水和有毒有害物质进入水体, 也会污染水体, 毒害鱼类。水体富营养化。溢流污水中含有大量的氮、磷等营养物质, 排放到水体会引起水中藻类等生物异常增殖, 出现水华, 影响水体功能。减弱亲水感。CSOs排入城市河道, 由于污水中携有各种固体颗粒物质, 裹挟的物质粒径小, 难以沉降, 增加了水体的浊度和色度, 受纳水体的视觉效果变差,减弱了亲水感。威胁健康。溢流污水中含有各种病菌甚至病毒, 各种病菌病毒在水体中繁殖并通过水体传播, 威胁人们的健康安全。影响自来水生产运行。对于取水水源为城市河道的自来水厂, CSOs 直接排放水体后, 污染取水水源的水质, 增加水处理难度, 增加制水成本。制约城市的可持续发展。城市河流能起到调节城市气候的作用, 减少因城市发展引起的热岛效应。城市水体河流水质变差, 降低河流的水体功能, 减弱城市的活力, 一定程度上阻碍城市的综合发展。
二、CSOs 处理技术
城市排水系统的溢流污染问题在欧美等西方发达国家引起了广泛重视, 许多学者对溢流的污染控制技术进行了深入研究, 取得了一定的研究成果, 各国政府制定了相关污染控制技术的设计规定和标准, 并将其应用于生产, 技术比较成熟, 而国内对于溢流污染的控制技术研究还处于探索阶段。目前应用比较多的主要有以下几种工艺。
1、人工湿地
人工湿地用来处理溢流污水, 由于其需要较大的占地面积, 所以不适合城市溢流污水的处理, 适合于城郊或农村地区的溢流污染治理。Uhl和Dittmer研究了利用垂直潜流土壤过滤技术处理溢流污水, 处理后的水由底部的排水系统收集后排出, 出口处用节流阀控制过滤速度和停留时间。并建议沙粒的直径在0~2mm之间, 而且包含10% ~ 15%的碳酸盐, 以保证长时间的硝化作用和重金属的去除。
2、调蓄沉淀池
调蓄沉淀池有两方面的作用: 一方面, 当有初期效应时, 起到储存初期雨水的作用, 当降雨结束以后, 将储存的初期雨水通过污水管网送到污水处理厂进行处理; 另一方面, 如果没有初期效应, 就起到沉淀池的作用, 将污水经过沉淀处理后排入受纳水体。David和Matos在荷兰建了一座用来去除固体颗粒的沉淀池, 流速控制在较小的范围内, 以保证固体颗粒的最佳沉淀条件。水力表面负荷在10 m/ h以下, SS的去除率在50% ~ 70%之间，徐贵全等利用苏州河沿岸典型排水系统雨天溢流水量、水质变化以及调蓄池处理技术的研究成果, 与数学模型研究有机结合, 建立了苏州河沿岸排水系统降雨径流水量水质与河网水量水质动态耦合的集成模型, 计算分析了在3个典型年实际降雨条件下, 苏州河沿岸调蓄池工程对溢流水量、溢流污染物的削减效果, 以及控制溢流污染对苏州河水质的改善效果; 张力等在对高效混合絮凝斜板沉淀工艺进行现场中试的基础上, 将化学强化处理工艺与调蓄池相结合, 针对上海市某合流制排水系统, 进行调蓄/ 沉淀池的概念设计, 提出主要设计参数, 利用计算流体力学( CFD) 模型对调蓄/ 沉淀池进行优化设计。试验和模拟结果表明, 调蓄沉淀池与单纯的调蓄池相比具有更好的溢流污染控制效果和效益造价比。
3、水力旋流分离器
水力旋流分离器在美国和欧洲被广泛用来处理溢流污水, 并出现多种专利产品, 主要去除水中的悬浮固体。旋流分离器是利用高速的旋转水流来去除悬浮固体,这种悬浮固体的密度与水的密度相差很大。含有悬浮固体的水沿切线方向进入旋流分离器中, 高速水流将悬浮固体推向分离器的内壁, 靠重力作用沉降下来, 而水由上部溢流排出, 实现固液分离。影响旋流分离器处理效率的因素很多, 主要包括: 污水的水质、分离器内部的水力条件、固体颗粒的粒径以及沉降速度等, 所以不同的旋流分离设备其处理效率没有可比性。
4、化学强化高效沉淀池
目前, 化学强化高效沉淀池已形成商业化产品, 主要有 ActifloRo( 图2所示) 和改进后的 ActiflocTM两种专利技术。
T. I. Yoon等研究了利用Actiflo工艺处理溢流污水的效果, 结果表明, COD、BOD、SS、T N 和T P的处理效率分别为 64%、86%、97% 、22.4% 和95.5%。盛铭军等开发了一套高效混凝沉淀处理装置, 对合流制排水系统溢流污水进行了小试和中试研究, 结果表明, 该装置对合流溢流污水具有良好的处理效果, SS、COD、T P 和浊度平均去除率分别超过
84% 、68% 、78% 和 79%。张善发等根据国外处理合流制溢流污水的工程经验, 结合国内排水体系现状和溢流污水水质, 开发出一级化学强化处理工艺。并使用CFD软件对工艺中的反应池流态进行数值模拟, 发现池内流态基本能够满足设计要求; 现场中试结果表明该工艺处理效果良好, 验证了新工艺的工程可行性。
5、高效多介质过滤器
高效多介质过滤器一般用在旋流分离器或沉淀池图2Actiflo工艺流程后面作为深处理工艺,比如 Fuzzy FilteRo过滤器, 它与快速砂滤池相似, 用于去除5~ 8Lm的固体颗粒, 与普通砂滤池相比, 有以下几方面的优点：过滤速度可达90 m/ h, 而快速砂滤池只有5~ 20 m/ h; 较少的反洗水用量; 完全封闭的过滤单元, 过滤介质不流失; 运行费用低; 滤床的截留能力大。
研究人员在美国乔治亚州哥伦布市的一条河上将Fuzzy Filter过滤器作为控制CSO的设备进行了为期5年的研究, 表面负荷率在40~ 68m/ h之间, TSS、TP、重金属的去除率分别为70%、60%和50% ~ 70% 。并确定了TSS去除率和滤料体积的关系曲线, 以及水头损失与滤料体积的关系。
图1Storm KingRo旋流分离器的结构图图 2Actiflo 工艺流程
三、消毒技术
CSOs 原污水中含有多种病原体: 病原性细菌、肠道病毒和蠕虫卵等。这些病原体可以通过水体传播多种疾病, CSOs 不经消毒处理排入水体, 成为威胁城市居民健康的隐患。CSOs 消毒方式有氯消毒( 常用) 、臭氧消毒、紫外线消毒、过乙酸消毒等, 详见表 2。
四、CSOs 处理工艺选择的基本原则
CSOs 的处理工艺较多, 技术也比较成熟, 根据处理水质水量的不同, 选择的处理工艺也不尽相同, 出水水质要求低时, 采用单一处理工艺; 当出水水质要求高时, 往往采用几个工艺的组合工艺。处理工艺的选择一般有以下几个基本原则: 设备运行的长期稳定性; 水量、负荷的广泛性; 设备启动的快速性; SS 去除的高效性; 化学试剂用量的最小化; 运行费用的最低化。
参考文献：
[ 1] 盛铭军等.处理溢流污水装置的沉淀池流态模拟及验证[ J]中国给水排水, 2006
[ 2] 车武等.国内外城市雨水水质及污染控制[ J]给水排水, 2003
[ 3] 黄翔峰等.合流制雨水泵站溢流污水消毒试验研究[ J]工业安全与环保, 2005
关键词: 合流制排水系统 污水溢流 处理
中图分类号：S276.3文献标识码： A
城市的排水系统分合流制和分流制两种。其中合流制排水系统是将生产污水、工业废水和雨水混合在同渠内排除, 现在常采用的是截流式合流制排水系统。合流制排水系统污水溢流是指雨天, 随着雨量的增加, 雨水径流相应增加, 当流量超过截流干管的输送能力时, 将出现溢流, 部分雨污混合污水经过溢流井或泵站排入受纳水体而发生溢流。合流制排水系統的溢流排放是我国地表水污染的主要问题。保护一个城市的地表水源是我国城市化进程中重要的一环。因此, 研究合流排水系统溢流污染特性, 以及相关控制工程措施, 对保护城市水环境具有重要意义。
一、CSOs 水质水量特点及其危害
1、CSOs 水质
CSOs 收集了生活污水、工业废水、雨水三种性质不同的水体, 以及晴天时形成的腐烂的沟道底泥, 含有大量的污染物, 而且污染物的量也根据各种水量的比例不同而不同, 溢流污水具有流量大、历时短、污染物含量高等特点。表1对比了国内外合流制排水系统溢流污水水质。
2、CSOs 危害
溢流污水具体危害表现在以下几个方面:影响水生生物。大量的有机污染物排入水体,消耗水体的溶解氧, 造成水中溶解氧下降, 水体中经常出现低溶解氧状态, 影响水生生物的生长, 严重时妨碍水产养殖业发展; 另外, 工业废水和有毒有害物质进入水体, 也会污染水体, 毒害鱼类。水体富营养化。溢流污水中含有大量的氮、磷等营养物质, 排放到水体会引起水中藻类等生物异常增殖, 出现水华, 影响水体功能。减弱亲水感。CSOs排入城市河道, 由于污水中携有各种固体颗粒物质, 裹挟的物质粒径小, 难以沉降, 增加了水体的浊度和色度, 受纳水体的视觉效果变差,减弱了亲水感。威胁健康。溢流污水中含有各种病菌甚至病毒, 各种病菌病毒在水体中繁殖并通过水体传播, 威胁人们的健康安全。影响自来水生产运行。对于取水水源为城市河道的自来水厂, CSOs 直接排放水体后, 污染取水水源的水质, 增加水处理难度, 增加制水成本。制约城市的可持续发展。城市河流能起到调节城市气候的作用, 减少因城市发展引起的热岛效应。城市水体河流水质变差, 降低河流的水体功能, 减弱城市的活力, 一定程度上阻碍城市的综合发展。
二、CSOs 处理技术
城市排水系统的溢流污染问题在欧美等西方发达国家引起了广泛重视, 许多学者对溢流的污染控制技术进行了深入研究, 取得了一定的研究成果, 各国政府制定了相关污染控制技术的设计规定和标准, 并将其应用于生产, 技术比较成熟, 而国内对于溢流污染的控制技术研究还处于探索阶段。目前应用比较多的主要有以下几种工艺。
1、人工湿地
人工湿地用来处理溢流污水, 由于其需要较大的占地面积, 所以不适合城市溢流污水的处理, 适合于城郊或农村地区的溢流污染治理。Uhl和Dittmer研究了利用垂直潜流土壤过滤技术处理溢流污水, 处理后的水由底部的排水系统收集后排出, 出口处用节流阀控制过滤速度和停留时间。并建议沙粒的直径在0~2mm之间, 而且包含10% ~ 15%的碳酸盐, 以保证长时间的硝化作用和重金属的去除。
2、调蓄沉淀池
调蓄沉淀池有两方面的作用: 一方面, 当有初期效应时, 起到储存初期雨水的作用, 当降雨结束以后, 将储存的初期雨水通过污水管网送到污水处理厂进行处理; 另一方面, 如果没有初期效应, 就起到沉淀池的作用, 将污水经过沉淀处理后排入受纳水体。David和Matos在荷兰建了一座用来去除固体颗粒的沉淀池, 流速控制在较小的范围内, 以保证固体颗粒的最佳沉淀条件。水力表面负荷在10 m/ h以下, SS的去除率在50% ~ 70%之间，徐贵全等利用苏州河沿岸典型排水系统雨天溢流水量、水质变化以及调蓄池处理技术的研究成果, 与数学模型研究有机结合, 建立了苏州河沿岸排水系统降雨径流水量水质与河网水量水质动态耦合的集成模型, 计算分析了在3个典型年实际降雨条件下, 苏州河沿岸调蓄池工程对溢流水量、溢流污染物的削减效果, 以及控制溢流污染对苏州河水质的改善效果; 张力等在对高效混合絮凝斜板沉淀工艺进行现场中试的基础上, 将化学强化处理工艺与调蓄池相结合, 针对上海市某合流制排水系统, 进行调蓄/ 沉淀池的概念设计, 提出主要设计参数, 利用计算流体力学( CFD) 模型对调蓄/ 沉淀池进行优化设计。试验和模拟结果表明, 调蓄沉淀池与单纯的调蓄池相比具有更好的溢流污染控制效果和效益造价比。
3、水力旋流分离器
水力旋流分离器在美国和欧洲被广泛用来处理溢流污水, 并出现多种专利产品, 主要去除水中的悬浮固体。旋流分离器是利用高速的旋转水流来去除悬浮固体,这种悬浮固体的密度与水的密度相差很大。含有悬浮固体的水沿切线方向进入旋流分离器中, 高速水流将悬浮固体推向分离器的内壁, 靠重力作用沉降下来, 而水由上部溢流排出, 实现固液分离。影响旋流分离器处理效率的因素很多, 主要包括: 污水的水质、分离器内部的水力条件、固体颗粒的粒径以及沉降速度等, 所以不同的旋流分离设备其处理效率没有可比性。
4、化学强化高效沉淀池
目前, 化学强化高效沉淀池已形成商业化产品, 主要有 ActifloRo( 图2所示) 和改进后的 ActiflocTM两种专利技术。
T. I. Yoon等研究了利用Actiflo工艺处理溢流污水的效果, 结果表明, COD、BOD、SS、T N 和T P的处理效率分别为 64%、86%、97% 、22.4% 和95.5%。盛铭军等开发了一套高效混凝沉淀处理装置, 对合流制排水系统溢流污水进行了小试和中试研究, 结果表明, 该装置对合流溢流污水具有良好的处理效果, SS、COD、T P 和浊度平均去除率分别超过
84% 、68% 、78% 和 79%。张善发等根据国外处理合流制溢流污水的工程经验, 结合国内排水体系现状和溢流污水水质, 开发出一级化学强化处理工艺。并使用CFD软件对工艺中的反应池流态进行数值模拟, 发现池内流态基本能够满足设计要求; 现场中试结果表明该工艺处理效果良好, 验证了新工艺的工程可行性。
5、高效多介质过滤器
高效多介质过滤器一般用在旋流分离器或沉淀池图2Actiflo工艺流程后面作为深处理工艺,比如 Fuzzy FilteRo过滤器, 它与快速砂滤池相似, 用于去除5~ 8Lm的固体颗粒, 与普通砂滤池相比, 有以下几方面的优点：过滤速度可达90 m/ h, 而快速砂滤池只有5~ 20 m/ h; 较少的反洗水用量; 完全封闭的过滤单元, 过滤介质不流失; 运行费用低; 滤床的截留能力大。
研究人员在美国乔治亚州哥伦布市的一条河上将Fuzzy Filter过滤器作为控制CSO的设备进行了为期5年的研究, 表面负荷率在40~ 68m/ h之间, TSS、TP、重金属的去除率分别为70%、60%和50% ~ 70% 。并确定了TSS去除率和滤料体积的关系曲线, 以及水头损失与滤料体积的关系。
图1Storm KingRo旋流分离器的结构图图 2Actiflo 工艺流程
三、消毒技术
CSOs 原污水中含有多种病原体: 病原性细菌、肠道病毒和蠕虫卵等。这些病原体可以通过水体传播多种疾病, CSOs 不经消毒处理排入水体, 成为威胁城市居民健康的隐患。CSOs 消毒方式有氯消毒( 常用) 、臭氧消毒、紫外线消毒、过乙酸消毒等, 详见表 2。
四、CSOs 处理工艺选择的基本原则
CSOs 的处理工艺较多, 技术也比较成熟, 根据处理水质水量的不同, 选择的处理工艺也不尽相同, 出水水质要求低时, 采用单一处理工艺; 当出水水质要求高时, 往往采用几个工艺的组合工艺。处理工艺的选择一般有以下几个基本原则: 设备运行的长期稳定性; 水量、负荷的广泛性; 设备启动的快速性; SS 去除的高效性; 化学试剂用量的最小化; 运行费用的最低化。
参考文献：
[ 1] 盛铭军等.处理溢流污水装置的沉淀池流态模拟及验证[ J]中国给水排水, 2006
[ 2] 车武等.国内外城市雨水水质及污染控制[ J]给水排水, 2003
[ 3] 黄翔峰等.合流制雨水泵站溢流污水消毒试验研究[ J]工业安全与环保, 2005