专利名称：一种雨天溢流污水混凝沉淀处理方法
技术领域：
本发明属于水污染控制工程技术领域，具体涉及一种雨天溢流污水混凝沉淀处理方法。
背景技术：
为保护城市水环境，控制水体污染，人们采取了许多方法和工程措施，主要有完善城市废水排水管网收集系统，提高废水处理水平和排放标准。尽管如此，城市水体环境质量依然不够理想，研究发现，城市雨天径流造成的污水管网溢流，以及雨水管网泵站启动废水排放水体，成为城市水环境的主要污染源。初期径流雨水、合流制管网溢流污水和雨水泵站启动初期废水中含有微生物病原菌、有机耗氧物质、氮磷营养物质等大量污染物质，若未经有效处理直接排放水体，将严重破坏水环境并危及人体健康。世界经济发达国家从上世纪六、七十年代开始对城市污水溢流的污染问题进行研究，到上世纪八、九十年代得到广泛重视，近年来已经完善了相关的管理规范和控制措施。
雨天溢流污水主要为径流雨水或混合了城市污水，污染物种类多，尤其是悬浮物的比例大。溢流污水水质与降水强度、降水历时、径流形成时间、次降水间隔时间、城市产业空间布局等相关；溢流水量变化幅度大，短时间产生的水力冲击负荷是城市污水处理厂所不能承受的。因此，开发一种对溢流污水进行快速、高效处理的方法，是控制溢流污染的关键。
溢流污水的净化处理，截至目前我国研究甚少，控制污染的关键核心技术在国内基本上为空白。世界范围内有很多种溢流污水高效处理工艺已成功商业化，主要有Krüger公司的ACTIFLO工艺，法国Infilco，Degremont公司的DENSADEG工艺和Parkson公司的Lemalla Plate工艺等。这些工艺均采用混凝沉淀技术处理溢流污水，分“混合—反应—沉淀”三个操作单元，这些工艺的特点为处理水量大，结构紧凑，占地面积小，启动速度快，出水水质较好。其中，混合常用的有水泵混合，管式混合，机械混合等，其优缺点如下表。
溢流污水混凝沉淀处理工艺中常采用机械混合，虽然它不受水量、水温、浊度等因素影响，混合效果好，但它存在以下不足(1)混合为处理流程中的三大单元之一，尽管停留时间只有4-12秒，但不仅需设置单独的混合池，而且需设置功率较大的搅拌机械。
(2)混合池虽小，但与后继反应池管道连接，需预留足够的高位差。事实上，这一过程的水力阻力损失大于其它单元之间的管道连接。这就造成了工艺流程高程布置上的困难。
(3)机械搅拌混合方式，能耗大，维修保养工作量大。
(4)混合池为敞开式，搅拌桨搅拌形成巨大的水跃，不仅污水进溅，散发臭气，恶化操作环境；更为重要的是，大量空气带进污水，因污水中含有表面活性剂，并存在大量的有机悬浮物，比重较轻，亲气性好，由此在反应池中形成大量的浮渣层，影响了沉淀处理的效果，成为机械搅拌混合方式难以解决的运行问题。
反应池作为混凝完成过程的最终设备，要求反应池中随着反应的进行，紊动强度逐渐减小。给水中的隔板反应池，是由水力提供絮凝所需紊动强度最典型、最理想的池型，但隔板反应池池型复杂，占地面积大。沉淀池中的平流式沉淀池可与反应池较好地进行一体化衔接，但它流速的变化趋势、流向的水平，都不利于絮凝沉淀。而辐流式沉淀池虽然可在进水口之上形成絮凝区域，强化絮凝，但它无法与反应池衔接，增大占地面积。因此，开发一种能有效控制溢流污染，对溢流污水进行快速、高效处理的方法是本领域技术人员的研究目标。
发明内容
本发明的目的在于提出一种结构紧凑、节省能耗、占地面积小的雨天溢流污水混凝沉淀处理方法。
本发明提出的雨天溢流污水混凝沉淀处理方法，采用混合、反应、沉淀三个单元处理雨天溢流污水，其中，混合单元采用静态混合器，反应单元采用反应池，反应池的中部设有导流筒，导流筒内设有搅拌浆，反应池底部中心设有进水口，反应池上部一侧设有溢流堰槽；沉淀单元采用沉淀池，沉淀池的中上部设有斜管，将沉淀池分成上部水力澄清空间和下部絮凝空间，静态混合器通过管道连接反应池进水口，反应池的一侧联接沉淀池，反应池的溢流堰槽连接沉淀池进水口；具体步骤如下(1)混合采用计量泵在静态混合器入口处加药，或者采用泵前加药联合静态混合器混合，原水泵入静态混合器，与同时泵入的混凝剂充分混合，混合时间为4-10秒；(2)经混合的污水经转子流量计进入反应池，与反应池内的助凝剂通过搅拌发生反应，反应时间为3-10分钟；反应池内通过搅拌浆的搅拌，使得导流筒内外形成上下流动，为絮体的生长创造水力条件，以达到凝聚的目的，搅拌浆的转速为60-200转/分钟；(3)步骤(2)中经过反应的水流越过反应池溢流堰槽进入沉淀池进行固液分离，固液分离时间为8-30分钟。处理水在沉淀池下部絮凝空间进一步絮凝，并开始初沉淀，较大颗粒的物质下沉；较小絮体颗粒随水流自下而上流经斜管，水流中的悬浮物质得到进一步去除；斜管上方水力澄清空间为水质更进一步澄清提供空间和时间，出水经沉淀池顶部的溢流堰集水槽出水排放；沉淀池内的部分污泥经泵回流至反应池，回流量为3-8立方米/小时，剩余污泥排放。
本发明中，步骤(1)中所述混凝剂为硫酸铝(Al2(SO4)3)、氯化铝盐(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝铁(PAFC)等中任一种，混凝剂的加入量为6-15mg/l。
本发明中，步骤(2)中所述助凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)，助凝剂加入量为0.5-2.0mg/l。
本发明中，原水取自泵站集水井，取水口可设置细格栅，经过潜水泵提升，采用泵前加药方式，在泵前设置加药口，混凝剂借助泵叶高速旋转充分混入水体，经过静态混合器完成混合反应；污水经过转子流量计，进入后续反应池，反应池内安装导流筒，筒内设置搅拌浆(如推进式搅拌浆等)，反应池进水口处设置加药点，投加助凝剂，控制搅拌速度，使得导流筒内外形成上下流动，为絮体的生长创造水力条件，以达到凝聚的目的；反应结束，水流越过反应池溢流堰槽进入沉淀池，进水在沉淀池下部进一步絮凝，并开始初沉淀，较大颗粒的物质下沉；沉淀池中上部设置斜管，絮体颗粒随水流自下而上流经斜管，斜管起到整流和泥水分离的作用，进一步去除水流中的悬浮物质；斜管上方有较大的水力停留区，为水质进一步澄清提供空间和时间，沉淀池顶部设置溢流堰集水槽，沉淀池出水汇集集水槽后排放。为强化絮凝效果，部分污泥回流，以提高反应池中的悬浮颗粒浓度；污泥由沉淀池回流至反应池中，通过阀门控制回流量，回流污泥中含有较多絮凝剂，强化了反应池絮凝条件，也减少了药剂的投加量。
本发明中，混合过程采用静态混合器，使处理水与混凝剂实行瞬间混合，在不加外动力情况下，水流通过混合器产生对流、分流、交叉混合和反向旋流三种作用，混合效率达90-95％。与机械混合池相比，管道静态混合器具有流程简单，结构紧凑、能耗小、操作弹性大、混合性能好等优点。管道静态混合器应用于溢流雨水处理的新型混合装置具有现实意义，可以减少运行成本、提高混合效果，便于维修，静态混合器的使用有利于处理装置各构筑物流程的高程布置和平面布置。同时由于采用混凝剂强化处理溢流污水，采用泵前加药，可充分利用泵的动力，加药口设置于提升泵的吸水管处，泵启动后可直接吸取混凝剂，混凝剂通过泵叶的高速搅动，瞬时混入污水中。
本发明中，反应池是混凝完成过程的最终设备，一般情况下，随着反应的进行，紊动强度应越来越小。通常情况下，由于进水水流速度大，加上反应池内搅拌浆的搅拌作用，反应池内水流紊动相对较剧烈，加药点设置于进水口出或者搅拌浆上部，有利于助凝剂快速均匀混入水体，但是相对剧烈的紊动不利于絮体的生长。反应池中间设导流筒，以强化导流筒内外水流上下运动，为絮凝反应创造条件。反应池进水选择筒中心进水，筒外侧池的一侧出水，在一定程度上满足了絮凝对水流紊动的要求。通过控制搅拌速度，使导流筒内外形成对流，筒外紊动较弱，为矾花的形成创造了有利的条件，水流在进入后续沉淀池前已形成颗粒较大的絮体。
本发明中，沉淀池流型接近于竖流式，加大了沉淀池高度增加了絮凝区，沉淀池内设置斜管，斜管倾角θ从理论上讲，θ角越小，则沉淀面积越大，截留速度越小，沉淀效果更好，对于矾花颗粒来说，一般认为倾角θ为35～45度时去除效果最高。但为使排泥通畅，生产上一般采用θ增大些(如θ为50～60度)；斜管长度L越长，沉淀效果越好。因为斜管较短时，泥水分离不充分，效果显然不好，但若斜管过长，不仅造价增加，制作和安装也有一定困难，沉淀效果的提高也受限制。生产上一般采用斜管长度L＝800～1000mm。斜管管径越小则颗粒沉淀距离越短，沉淀效果越好，但管径过小，不仅加工困难，成本高，而且排泥也受到影响，为减少造价，选用大直径斜管，斜管中上升流速越小，沉淀效果会越好。
本发明中，沉淀池底部不再设置污泥斗，而将其底部设置成一定的坡度(如1％)，污泥回流采用污泥回流泵强制回流和排放，这同样改善了沉淀池的水力分布情况，并使得沉淀池容积最大限度的得到利用。
本发明的有益效果在于(1)静态混合器可以直接安装在管道上，大大节省了空间，工艺流程中单元的高程布置大大简化。
(2)勿需机械搅拌设备，节省了机械搅拌能耗和单元管道连接的水力阻力损失，在静态混合器中的水力阻力损失则全部用于混合过程。大大节省了能耗，以及投资和运行管理成本。
(3)混合过程在封闭装置中完全，不仅避免了污染环境，更重要的是有效解决了反应池和沉淀池中形成浮渣的问题。
(4)本发明的沉淀单元与给水中的沉淀池相比，进水中SS浓度高，处理水量大，水量波动大；(5)本发明的沉淀单元与排水中的初次沉淀池相比，进水中SS浓度低，絮凝性强，但处理水力负荷大；(6)本发明的沉淀单元与排水中的二次沉淀池相比，进水中SS浓度大，絮体颗粒粒径分布广，处理水力负荷为普通沉淀池的10倍以上。
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明装置的结构图示。
图中标号1为取水泵，2为静态混合器，3为反应池，4为导流筒，5为搅拌浆，6为反应池溢流堰槽，7为沉淀池，8为斜管，9为沉淀池的溢流堰集水槽，10为挡板。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1处理中强降雨合流污水上海梅雨季节一般降雨强度不大，持续时间比较长，在降雨的一段过程中，地表污染物冲刷到合流管道持续的时间比较长，因此合流管道中的污水SS，COD浓度不是很大，与早流污水相比，SS有较大幅度的提高，COD有所降低，TP的变化亦不大。
具体步骤如下(1)采用泵前加药方式，污水泵入静态混合器，与同时泵入的混凝剂PAC充分混合，混合时间为7.5秒，实测水力阻力损失为4700Pa，速度梯度为790l/s，其中，PAC为8～10mg/l，PAM为0.8～1.0mg/l(2)经混合的污水经转子流量计进入反应池，与反应池内的助凝剂PAM通过搅拌发生反应，反应时间为5分钟；反应池内通过搅拌浆的搅拌，使得导流筒内外形成上下流动，为絮体的生长创造水力条件，以达到凝聚的目的，搅拌速度为100转/分；(3)水流越过反应池溢流堰槽进入沉淀池进行固液分离，周液分离时间为15分钟，沉淀池的表面水力负荷27m3/h.m2。处理水在沉淀池下部进一步絮凝，并开始初沉淀，较大颗粒的物质下沉絮体颗粒随水流自下而上流经斜管，进一步去除水中的悬浮物质；斜管上方水力停留区，为水质进一步澄清提供空间和时间，出水经沉淀池顶部的溢流堰集水槽排放，出水达到排放标准；沉淀池内的部分污泥经泵回流反应池，回流量为3m3/h，剩余污泥排放。从表1中可以看到，合流污水经处理，其出水的水质中，SS、COD、TP的去除率达到80％以上。
表1.处理中强降雨合流污水(单位mg/l)
实施例2处理高强度降雨初级雨水对于强降雨的初期雨水，水质变化大，SS、COD等水质指标在较短的时间内迅速升高。
具体步骤如下(1)采用计量泵在静态混合器入口处加静态混合器混凝剂PAFC，混合时间为4秒，实测水力阻力损失为10600Pa，速度梯度值为1450l/s，其中，PAFC为10～15mg/l，PAM为1.0～1.2mg/l；(2)经混合的污水经转子流量计进入反应池，与反应池内的助凝剂PAM通过搅拌发生反应，反应时间为3.3分钟；反应池内通过搅拌浆的搅拌，使得导流筒内外形成上下流动，为絮体的生长创造水力条件，以达到凝聚的目的，搅拌速度为120转/分；(3)水流越过反应池溢流堰槽进入沉淀池进行固液分离，固液分离时间为10分钟，沉淀池的表面水力负荷40m3/h.m2。处理水在沉淀池下部进一步絮凝，并开始初沉淀，较大颗粒的物质下沉；絮体颗粒随水流自下而上流经斜管，进一步去除水流中的悬浮物质；斜管上方水力停留区，为水质进一步澄清提供空间和时间，出水经沉淀池顶部的溢流堰集水槽排放，出水达到排放标准；沉淀池内的部分污泥经泵回流反应池，回流量为8m3/h，剩余污泥排放。从表2中可以看到，降水经处理，其出水的水质中，SS、COD、TP的去除率达到80％以上。
表2高强度降雨初级雨水(单位mg/l)
实施例3对于低温混合溢流污水，SS、COD等水质指标较高。
具体步骤如下(1)采用泵前加药方式，污水泵入静态混合器，与同时泵入的混凝剂PFS充分混合，混合时间为10秒，实测水力阻力损失为8000Pa，速度梯度值为1000l/s，其中，PFS为10～15mg/l，PAM为1.2mg/l；(2)经混合的污水经转子流量计进入反应池，与反应池内的助凝剂PAM通过搅拌发生反应，反应时间为10分钟；反应池内通过搅拌浆的搅拌，使得导流筒内外形成上下流动，为絮体的生长创造水力条件，以达到凝聚的目的，搅拌速度为100转/分；(3)水流越过反应池溢流堰槽进入沉淀池进行固液分离，固液分离时间为30分钟，沉淀池的表面水力负荷14m3/h.m2。处理水在沉淀池下部进一步絮凝，并开始初沉淀，较大颗粒的物质下沉；絮体颗粒随水流自下而上流经斜管，进一步去除水流中的悬浮物质；斜管上方水力停留区，为水质进一步澄清提供空间和时间，出水经沉淀池顶部的溢流堰集水槽排放，出水达到排放标准；沉淀池内的部分污泥经泵回流，回流量为5m3/h，剩余污泥排放。从表3中可以看到，降水经处理，其出水的水质中，SS、TP的去除率达到80％，COD去除率达到70％。
表3高强度降雨初级雨水(单位mg/l)
权利要求
1.一种雨天溢流污水混凝沉淀处理方法，采用混合、反应、沉淀三个单元处理雨天溢流污水，其特征在于混合单元采用静态混合器，反应单元采用反应池，反应池的中部设有导流筒，导流筒内设有搅拌浆，反应池底部中心设有进水口，反应池上部一侧设有溢流堰槽；沉淀单元采用沉淀池，沉淀池的中上部设有斜管，将沉淀池分成上部水力澄清空间和下部絮凝空间；静态混合器通过管道连接反应池进水口，反应池的一侧联接沉淀池，反应池的溢流堰槽连接沉淀池进水口；具体步骤如下(1)混合采用泵前加药方式，原水泵入静态混合器，与同时泵入的混凝剂充分混合，或者采用计量泵在静态混合器入口处加药，混合时间为4-10秒；(2)经混合的污水经转子流量计进入反应池，与反应池内的助凝剂通过搅拌发生反应，反应时间为3-10分钟；反应池内通过搅拌浆的搅拌，使得导流筒内外形成上下流动，为絮体的生长创造水力条件，以达到凝聚的目的，搅拌浆的转速为60-200转/分钟；(3)步骤(2)中经过反应的水流越过反应池溢流堰槽进入沉淀池进行固液分离，固液分离时间为8-30分钟，处理水在沉淀池下部絮凝空间进一步絮凝，并开始初沉淀，较大颗粒的物质下沉；絮体颗粒随水流自下而上流经斜管，进一步去除水流中的悬浮物质；斜管上方水力澄清空间为水质进一步澄清提供空间和时间，出水经沉淀池顶部的溢流堰集水槽排放，出水达到排放标准；沉淀池内的部分污泥经泵回流至反应池，回流量为3-8m3/h，剩余污泥排放。
2.根据权利要求1所述的雨天溢流污水混凝沉淀处理方法，其特征在于步骤(1)中所述混凝剂为硫酸铝、氯化铝盐、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁中任一种，混凝剂的加入量为6-15mg/l。
3.根据权利要求1所述的雨天溢流污水混凝沉淀处理方法，其特征在于步骤(2)中所述助凝剂为丙烯酰胺，助凝剂加入量为0.5-2.0mg/l。
全文摘要
本发明属于水污染控制工程技术领域，具体涉及一种雨天溢流污水混凝沉淀处理方法。污水依次经过作为混合单元的静态混合器、设有导流筒和搅拌浆的反应池、带有斜管的沉淀池，出水水质达到排放标准。本发明采用静态混合器，使混合过程在封闭状态下完成，避免了污染环境，且有效解决了反应池和沉淀池中形成浮渣的问题。所述沉淀单元处理水量大，水量波动大；且絮凝性强，处理水力负荷大为普通沉淀池的10倍以上。使用本发明占地面积少，工艺步骤简单，降低能耗、降低投资和运行管理成本。
文档编号C02F1/52GK1868908SQ20061002743
公开日2006年11月29日 申请日期2006年6月8日 优先权日2006年6月8日
发明者马鲁铭, 盛铭军, 王红武 申请人:同济大学