一種雨天溢流汙水混凝沉澱處理方法
2023-07-13 00:30:21
專利名稱：一種雨天溢流汙水混凝沉澱處理方法
技術領域：
本發明屬於水汙染控制工程技術領域，具體涉及一種雨天溢流汙水混凝沉澱處理方法。
背景技術：
為保護城市水環境，控制水體汙染，人們採取了許多方法和工程措施，主要有完善城市廢水排水管網收集系統，提高廢水處理水平和排放標準。儘管如此，城市水體環境質量依然不夠理想，研究發現，城市雨天徑流造成的汙水管網溢流，以及雨水管網泵站啟動廢水排放水體，成為城市水環境的主要汙染源。初期徑流雨水、合流制管網溢流汙水和雨水泵站啟動初期廢水中含有微生物病原菌、有機耗氧物質、氮磷營養物質等大量汙染物質，若未經有效處理直接排放水體，將嚴重破壞水環境並危及人體健康。世界經濟發達國家從上世紀六、七十年代開始對城市汙水溢流的汙染問題進行研究，到上世紀八、九十年代得到廣泛重視，近年來已經完善了相關的管理規範和控制措施。
雨天溢流汙水主要為徑流雨水或混合了城市汙水，汙染物種類多，尤其是懸浮物的比例大。溢流汙水水質與降水強度、降水歷時、徑流形成時間、次降水間隔時間、城市產業空間布局等相關；溢流水量變化幅度大，短時間產生的水力衝擊負荷是城市汙水處理廠所不能承受的。因此，開發一種對溢流汙水進行快速、高效處理的方法，是控制溢流汙染的關鍵。
溢流汙水的淨化處理，截至目前我國研究甚少，控制汙染的關鍵核心技術在國內基本上為空白。世界範圍內有很多種溢流汙水高效處理工藝已成功商業化，主要有Krüger公司的ACTIFLO工藝，法國Infilco，Degremont公司的DENSADEG工藝和Parkson公司的Lemalla Plate工藝等。這些工藝均採用混凝沉澱技術處理溢流汙水，分「混合—反應—沉澱」三個操作單元，這些工藝的特點為處理水量大，結構緊湊，佔地面積小，啟動速度快，出水水質較好。其中，混合常用的有水泵混合，管式混合，機械混合等，其優缺點如下表。
溢流汙水混凝沉澱處理工藝中常採用機械混合，雖然它不受水量、水溫、濁度等因素影響，混合效果好，但它存在以下不足(1)混合為處理流程中的三大單元之一，儘管停留時間只有4-12秒，但不僅需設置單獨的混合池，而且需設置功率較大的攪拌機械。
(2)混合池雖小，但與後繼反應池管道連接，需預留足夠的高位差。事實上，這一過程的水力阻力損失大於其它單元之間的管道連接。這就造成了工藝流程高程布置上的困難。
(3)機械攪拌混合方式，能耗大，維修保養工作量大。
(4)混合池為敞開式，攪拌槳攪拌形成巨大的水躍，不僅汙水進濺，散發臭氣，惡化操作環境；更為重要的是，大量空氣帶進汙水，因汙水中含有表面活性劑，並存在大量的有機懸浮物，比重較輕，親氣性好，由此在反應池中形成大量的浮渣層，影響了沉澱處理的效果，成為機械攪拌混合方式難以解決的運行問題。
反應池作為混凝完成過程的最終設備，要求反應池中隨著反應的進行，紊動強度逐漸減小。給水中的隔板反應池，是由水力提供絮凝所需紊動強度最典型、最理想的池型，但隔板反應池池型複雜，佔地面積大。沉澱池中的平流式沉澱池可與反應池較好地進行一體化銜接，但它流速的變化趨勢、流向的水平，都不利於絮凝沉澱。而輻流式沉澱池雖然可在進水口之上形成絮凝區域，強化絮凝，但它無法與反應池銜接，增大佔地面積。因此，開發一種能有效控制溢流汙染，對溢流汙水進行快速、高效處理的方法是本領域技術人員的研究目標。
發明內容
本發明的目的在於提出一種結構緊湊、節省能耗、佔地面積小的雨天溢流汙水混凝沉澱處理方法。
本發明提出的雨天溢流汙水混凝沉澱處理方法，採用混合、反應、沉澱三個單元處理雨天溢流汙水，其中，混合單元採用靜態混合器，反應單元採用反應池，反應池的中部設有導流筒，導流筒內設有攪拌漿，反應池底部中心設有進水口，反應池上部一側設有溢流堰槽；沉澱單元採用沉澱池，沉澱池的中上部設有斜管，將沉澱池分成上部水力澄清空間和下部絮凝空間，靜態混合器通過管道連接反應池進水口，反應池的一側聯接沉澱池，反應池的溢流堰槽連接沉澱池進水口；具體步驟如下(1)混合採用計量泵在靜態混合器入口處加藥，或者採用泵前加藥聯合靜態混合器混合，原水泵入靜態混合器，與同時泵入的混凝劑充分混合，混合時間為4-10秒；(2)經混合的汙水經轉子流量計進入反應池，與反應池內的助凝劑通過攪拌發生反應，反應時間為3-10分鐘；反應池內通過攪拌漿的攪拌，使得導流筒內外形成上下流動，為絮體的生長創造水力條件，以達到凝聚的目的，攪拌漿的轉速為60-200轉/分鐘；(3)步驟(2)中經過反應的水流越過反應池溢流堰槽進入沉澱池進行固液分離，固液分離時間為8-30分鐘。處理水在沉澱池下部絮凝空間進一步絮凝，並開始初沉澱，較大顆粒的物質下沉；較小絮體顆粒隨水流自下而上流經斜管，水流中的懸浮物質得到進一步去除；斜管上方水力澄清空間為水質更進一步澄清提供空間和時間，出水經沉澱池頂部的溢流堰集水槽出水排放；沉澱池內的部分汙泥經泵回流至反應池，回流量為3-8立方米/小時，剩餘汙泥排放。
本發明中，步驟(1)中所述混凝劑為硫酸鋁(Al2(SO4)3)、氯化鋁鹽(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鋁鐵(PAFC)等中任一種，混凝劑的加入量為6-15mg/l。
本發明中，步驟(2)中所述助凝劑為聚丙烯醯胺(PAM)，助凝劑加入量為0.5-2.0mg/l。
本發明中，原水取自泵站集水井，取水口可設置細格柵，經過潛水泵提升，採用泵前加藥方式，在泵前設置加藥口，混凝劑藉助泵葉高速旋轉充分混入水體，經過靜態混合器完成混合反應；汙水經過轉子流量計，進入後續反應池，反應池內安裝導流筒，筒內設置攪拌漿(如推進式攪拌漿等)，反應池進水口處設置加藥點，投加助凝劑，控制攪拌速度，使得導流筒內外形成上下流動，為絮體的生長創造水力條件，以達到凝聚的目的；反應結束，水流越過反應池溢流堰槽進入沉澱池，進水在沉澱池下部進一步絮凝，並開始初沉澱，較大顆粒的物質下沉；沉澱池中上部設置斜管，絮體顆粒隨水流自下而上流經斜管，斜管起到整流和泥水分離的作用，進一步去除水流中的懸浮物質；斜管上方有較大的水力停留區，為水質進一步澄清提供空間和時間，沉澱池頂部設置溢流堰集水槽，沉澱池出水匯集集水槽後排放。為強化絮凝效果，部分汙泥回流，以提高反應池中的懸浮顆粒濃度；汙泥由沉澱池回流至反應池中，通過閥門控制回流量，回流汙泥中含有較多絮凝劑，強化了反應池絮凝條件，也減少了藥劑的投加量。
本發明中，混合過程採用靜態混合器，使處理水與混凝劑實行瞬間混合，在不加外動力情況下，水流通過混合器產生對流、分流、交叉混合和反向旋流三種作用，混合效率達90-95％。與機械混合池相比，管道靜態混合器具有流程簡單，結構緊湊、能耗小、操作彈性大、混合性能好等優點。管道靜態混合器應用於溢流雨水處理的新型混合裝置具有現實意義，可以減少運行成本、提高混合效果，便於維修，靜態混合器的使用有利於處理裝置各構築物流程的高程布置和平面布置。同時由於採用混凝劑強化處理溢流汙水，採用泵前加藥，可充分利用泵的動力，加藥口設置於提升泵的吸水管處，泵啟動後可直接吸取混凝劑，混凝劑通過泵葉的高速攪動，瞬時混入汙水中。
本發明中，反應池是混凝完成過程的最終設備，一般情況下，隨著反應的進行，紊動強度應越來越小。通常情況下，由於進水水流速度大，加上反應池內攪拌漿的攪拌作用，反應池內水流紊動相對較劇烈，加藥點設置於進水口出或者攪拌漿上部，有利於助凝劑快速均勻混入水體，但是相對劇烈的紊動不利於絮體的生長。反應池中間設導流筒，以強化導流筒內外水流上下運動，為絮凝反應創造條件。反應池進水選擇筒中心進水，筒外側池的一側出水，在一定程度上滿足了絮凝對水流紊動的要求。通過控制攪拌速度，使導流筒內外形成對流，筒外紊動較弱，為礬花的形成創造了有利的條件，水流在進入後續沉澱池前已形成顆粒較大的絮體。
本發明中，沉澱池流型接近於豎流式，加大了沉澱池高度增加了絮凝區，沉澱池內設置斜管，斜管傾角θ從理論上講，θ角越小，則沉澱面積越大，截留速度越小，沉澱效果更好，對於礬花顆粒來說，一般認為傾角θ為35～45度時去除效果最高。但為使排泥通暢，生產上一般採用θ增大些(如θ為50～60度)；斜管長度L越長，沉澱效果越好。因為斜管較短時，泥水分離不充分，效果顯然不好，但若斜管過長，不僅造價增加，製作和安裝也有一定困難，沉澱效果的提高也受限制。生產上一般採用斜管長度L＝800～1000mm。斜管管徑越小則顆粒沉澱距離越短，沉澱效果越好，但管徑過小，不僅加工困難，成本高，而且排泥也受到影響，為減少造價，選用大直徑斜管，斜管中上升流速越小，沉澱效果會越好。
本發明中，沉澱池底部不再設置汙泥鬥，而將其底部設置成一定的坡度(如1％)，汙泥回流採用汙泥回流泵強制回流和排放，這同樣改善了沉澱池的水力分布情況，並使得沉澱池容積最大限度的得到利用。
本發明的有益效果在於(1)靜態混合器可以直接安裝在管道上，大大節省了空間，工藝流程中單元的高程布置大大簡化。
(2)勿需機械攪拌設備，節省了機械攪拌能耗和單元管道連接的水力阻力損失，在靜態混合器中的水力阻力損失則全部用於混合過程。大大節省了能耗，以及投資和運行管理成本。
(3)混合過程在封閉裝置中完全，不僅避免了汙染環境，更重要的是有效解決了反應池和沉澱池中形成浮渣的問題。
(4)本發明的沉澱單元與給水中的沉澱池相比，進水中SS濃度高，處理水量大，水量波動大；(5)本發明的沉澱單元與排水中的初次沉澱池相比，進水中SS濃度低，絮凝性強，但處理水力負荷大；(6)本發明的沉澱單元與排水中的二次沉澱池相比，進水中SS濃度大，絮體顆粒粒徑分布廣，處理水力負荷為普通沉澱池的10倍以上。
圖1為本發明的工藝流程圖。
圖2為本發明裝置的結構圖示。
圖中標號1為取水泵，2為靜態混合器，3為反應池，4為導流筒，5為攪拌漿，6為反應池溢流堰槽，7為沉澱池，8為斜管，9為沉澱池的溢流堰集水槽，10為擋板。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步說明本發明。
實施例1處理中強降雨合流汙水上海梅雨季節一般降雨強度不大，持續時間比較長，在降雨的一段過程中，地表汙染物衝刷到合流管道持續的時間比較長，因此合流管道中的汙水SS，COD濃度不是很大，與早流汙水相比，SS有較大幅度的提高，COD有所降低，TP的變化亦不大。
具體步驟如下(1)採用泵前加藥方式，汙水泵入靜態混合器，與同時泵入的混凝劑PAC充分混合，混合時間為7.5秒，實測水力阻力損失為4700Pa，速度梯度為790l/s，其中，PAC為8～10mg/l，PAM為0.8～1.0mg/l(2)經混合的汙水經轉子流量計進入反應池，與反應池內的助凝劑PAM通過攪拌發生反應，反應時間為5分鐘；反應池內通過攪拌漿的攪拌，使得導流筒內外形成上下流動，為絮體的生長創造水力條件，以達到凝聚的目的，攪拌速度為100轉/分；(3)水流越過反應池溢流堰槽進入沉澱池進行固液分離，周液分離時間為15分鐘，沉澱池的表面水力負荷27m3/h.m2。處理水在沉澱池下部進一步絮凝，並開始初沉澱，較大顆粒的物質下沉絮體顆粒隨水流自下而上流經斜管，進一步去除水中的懸浮物質；斜管上方水力停留區，為水質進一步澄清提供空間和時間，出水經沉澱池頂部的溢流堰集水槽排放，出水達到排放標準；沉澱池內的部分汙泥經泵回流反應池，回流量為3m3/h，剩餘汙泥排放。從表1中可以看到，合流汙水經處理，其出水的水質中，SS、COD、TP的去除率達到80％以上。
表1.處理中強降雨合流汙水(單位mg/l)
實施例2處理高強度降雨初級雨水對於強降雨的初期雨水，水質變化大，SS、COD等水質指標在較短的時間內迅速升高。
具體步驟如下(1)採用計量泵在靜態混合器入口處加靜態混合器混凝劑PAFC，混合時間為4秒，實測水力阻力損失為10600Pa，速度梯度值為1450l/s，其中，PAFC為10～15mg/l，PAM為1.0～1.2mg/l；(2)經混合的汙水經轉子流量計進入反應池，與反應池內的助凝劑PAM通過攪拌發生反應，反應時間為3.3分鐘；反應池內通過攪拌漿的攪拌，使得導流筒內外形成上下流動，為絮體的生長創造水力條件，以達到凝聚的目的，攪拌速度為120轉/分；(3)水流越過反應池溢流堰槽進入沉澱池進行固液分離，固液分離時間為10分鐘，沉澱池的表面水力負荷40m3/h.m2。處理水在沉澱池下部進一步絮凝，並開始初沉澱，較大顆粒的物質下沉；絮體顆粒隨水流自下而上流經斜管，進一步去除水流中的懸浮物質；斜管上方水力停留區，為水質進一步澄清提供空間和時間，出水經沉澱池頂部的溢流堰集水槽排放，出水達到排放標準；沉澱池內的部分汙泥經泵回流反應池，回流量為8m3/h，剩餘汙泥排放。從表2中可以看到，降水經處理，其出水的水質中，SS、COD、TP的去除率達到80％以上。
表2高強度降雨初級雨水(單位mg/l)
實施例3對於低溫混合溢流汙水，SS、COD等水質指標較高。
具體步驟如下(1)採用泵前加藥方式，汙水泵入靜態混合器，與同時泵入的混凝劑PFS充分混合，混合時間為10秒，實測水力阻力損失為8000Pa，速度梯度值為1000l/s，其中，PFS為10～15mg/l，PAM為1.2mg/l；(2)經混合的汙水經轉子流量計進入反應池，與反應池內的助凝劑PAM通過攪拌發生反應，反應時間為10分鐘；反應池內通過攪拌漿的攪拌，使得導流筒內外形成上下流動，為絮體的生長創造水力條件，以達到凝聚的目的，攪拌速度為100轉/分；(3)水流越過反應池溢流堰槽進入沉澱池進行固液分離，固液分離時間為30分鐘，沉澱池的表面水力負荷14m3/h.m2。處理水在沉澱池下部進一步絮凝，並開始初沉澱，較大顆粒的物質下沉；絮體顆粒隨水流自下而上流經斜管，進一步去除水流中的懸浮物質；斜管上方水力停留區，為水質進一步澄清提供空間和時間，出水經沉澱池頂部的溢流堰集水槽排放，出水達到排放標準；沉澱池內的部分汙泥經泵回流，回流量為5m3/h，剩餘汙泥排放。從表3中可以看到，降水經處理，其出水的水質中，SS、TP的去除率達到80％，COD去除率達到70％。
表3高強度降雨初級雨水(單位mg/l)
權利要求
1.一種雨天溢流汙水混凝沉澱處理方法，採用混合、反應、沉澱三個單元處理雨天溢流汙水，其特徵在於混合單元採用靜態混合器，反應單元採用反應池，反應池的中部設有導流筒，導流筒內設有攪拌漿，反應池底部中心設有進水口，反應池上部一側設有溢流堰槽；沉澱單元採用沉澱池，沉澱池的中上部設有斜管，將沉澱池分成上部水力澄清空間和下部絮凝空間；靜態混合器通過管道連接反應池進水口，反應池的一側聯接沉澱池，反應池的溢流堰槽連接沉澱池進水口；具體步驟如下(1)混合採用泵前加藥方式，原水泵入靜態混合器，與同時泵入的混凝劑充分混合，或者採用計量泵在靜態混合器入口處加藥，混合時間為4-10秒；(2)經混合的汙水經轉子流量計進入反應池，與反應池內的助凝劑通過攪拌發生反應，反應時間為3-10分鐘；反應池內通過攪拌漿的攪拌，使得導流筒內外形成上下流動，為絮體的生長創造水力條件，以達到凝聚的目的，攪拌漿的轉速為60-200轉/分鐘；(3)步驟(2)中經過反應的水流越過反應池溢流堰槽進入沉澱池進行固液分離，固液分離時間為8-30分鐘，處理水在沉澱池下部絮凝空間進一步絮凝，並開始初沉澱，較大顆粒的物質下沉；絮體顆粒隨水流自下而上流經斜管，進一步去除水流中的懸浮物質；斜管上方水力澄清空間為水質進一步澄清提供空間和時間，出水經沉澱池頂部的溢流堰集水槽排放，出水達到排放標準；沉澱池內的部分汙泥經泵回流至反應池，回流量為3-8m3/h，剩餘汙泥排放。
2.根據權利要求1所述的雨天溢流汙水混凝沉澱處理方法，其特徵在於步驟(1)中所述混凝劑為硫酸鋁、氯化鋁鹽、聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁鐵中任一種，混凝劑的加入量為6-15mg/l。
3.根據權利要求1所述的雨天溢流汙水混凝沉澱處理方法，其特徵在於步驟(2)中所述助凝劑為丙烯醯胺，助凝劑加入量為0.5-2.0mg/l。
全文摘要
本發明屬於水汙染控制工程技術領域，具體涉及一種雨天溢流汙水混凝沉澱處理方法。汙水依次經過作為混合單元的靜態混合器、設有導流筒和攪拌漿的反應池、帶有斜管的沉澱池，出水水質達到排放標準。本發明採用靜態混合器，使混合過程在封閉狀態下完成，避免了汙染環境，且有效解決了反應池和沉澱池中形成浮渣的問題。所述沉澱單元處理水量大，水量波動大；且絮凝性強，處理水力負荷大為普通沉澱池的10倍以上。使用本發明佔地面積少，工藝步驟簡單，降低能耗、降低投資和運行管理成本。
文檔編號C02F1/52GK1868908SQ20061002743
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月8日 優先權日2006年6月8日
發明者馬魯銘, 盛銘軍, 王紅武 申請人:同濟大學