CN108483827B - 用于城市雨水道干渠出水的处理和净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于城市雨水道干渠出水的处理和净化系统，采用固定生物膜处理雨水径流和雨水道出水，包括由于污水管道错接和乱接等以及污水管网堵塞造成地面溢流进入雨水道的污水以及事故泄漏等进入雨水道的污水、以及污染物如油、化学药品等；固定生物膜处理池既能处理高浓度的污水，也能处理低浓度的雨水径流。本发明采用的水力旋流泥沙分离器，不同于现有的水力折流分离器，内筒无需开孔形成水力旋流格筛，通过内筒的剧烈水力旋流形成的巨大离心力而产生强力泥沙沉淀，与外部圆环主体的上向流的重力沉淀相结合，能够达到高效的泥沙沉淀效率；解决了城镇雨水管网出水的处理和净化问题，避免了其出水不经任何处理直接排入附近水体造成严重污染的尴尬局面。
Description
技术领域
本发明提供一种用于城市雨水道干渠出水的处理和净化系统，涉及市政雨水管网的雨水道干渠或总干渠出水，包括雨水径流和其他污水的处理系统，属于市政下水工程领域。
背景技术
就目前市政下水工程领域而言，提倡和实施分流制排水系统，通常对污水管网和污水处理厂的设计、建造和运行管理比较重视，而对雨水管网的设计、建造和运行极其忽视，只考虑收集雨水径流与输送排放，缺少按照雨水径流收集、输送、储存、调节和处理的综合系统来设计、建造和运行。
本发明的任务是有效解决雨水污染和治理的现状。
发明内容
本发明公开了一种用于城市雨水道干渠出水的处理和净化系统，解决了城镇雨水管网出水的处理和净化问题，避免了其出水不经任何处理直接排入附近水体造成严重污染的尴尬局面。
本发明提供的一种用于城市旱季雨水道干渠出水的处理和净化方法，包括以下步骤：
1）雨水道总干渠上设置多座溢流井，雨水干渠末端的集水泵站将溢流井截流的污水汇集；
2）汇集的污水经连接管抽送到粗格栅去除其中的大块固体污物，出水进入细格栅-曝气沉砂池以去除其中的小块固体污物和泥沙等杂粒；
3）出水经固定生物膜处理池的进水配水槽，流入固定生物膜处理池中，通过前端厌氧段的污泥混合搅拌机将回流污泥与池中污水均匀混合，以实现生物厌氧-好氧循环除磷；
4）继续流入固定生物膜处理池后端的好氧-缺氧段，通过其底部每隔10-20m安装的多台潜水环流曝气机曝气增氧；
5）在安装辫带式合成纤维的填料段内实现生物膜处理：靠近潜水环流曝气机的前段填料区为好氧区，其后为缺氧区，被处理的污水依次经过好氧-缺氧-好氧-缺氧……多次部分硝化-反硝化过程，使污水得到充分的硝化-反硝化，硝化产生的酸度及时被反硝化产生的碱度中和，维持较平稳的酸碱平衡和pH值；
6）固定生物膜处理池的出水经过出水槽，进入沉淀池的进水分水槽中，随后均匀地流入沉淀池中，其沉淀污泥汇集于污泥坑中，通过排泥管排入污泥井内；
7）污泥井内的污泥浆返回到固定生物膜处理池的前端进水槽中再次循环处理；沉淀池出水经导流板进入出水槽，最后经均匀布水槽进入地表径流人工湿地，作进一步处理。
本发明提供的一种用于城市雨水道干渠出水的处理和净化方法，包括以下步骤：
1）雨水道总干渠末端的数个溢流井将截流的雨水汇集进入集水泵站；
2）集水泵站将雨水导入配水汇集井内；
3）配水汇集井将进水均匀地输送到数个水力旋流泥沙分离器；
4）进水通过切线进水管采用切线方向流进入水力旋流泥沙分离器中间套筒的内壁，形成剧烈的旋流，使泥沙迅速沉淀到底部的泥沙坑中，水流从中间套筒的底部边沿流入外部的圆环形水域，进行进一步沉淀；最后上升至顶部以流入出水汇集槽中经出水管返回配水分离井；
5）配水汇集井出水经固定生物膜处理池的进水配水槽，流入污固定生物膜处理池中，通过前端厌氧段的污泥混合搅拌机将回流污泥与池中污水均匀混合，以实现生物厌氧-好氧循环除磷；
6）继续流入固定生物膜处理池后端的好氧-缺氧段，通过其底部每隔10-20m安装的多台潜水环流曝气机曝气增氧；
7）在安装辫带式合成纤维的填料段内实现生物膜处理：靠近潜水环流曝气机的前段填料区为好氧区，其后为缺氧区，被处理的污水依次经过好氧-缺氧-好氧-缺氧……多次部分硝化-反硝化过程，使污水得到充分的硝化-反硝化，硝化产生的酸度及时被反硝化产生的碱度中和，维持较平稳的酸碱平衡和pH值；
8）固定生物膜处理池的出水进入沉淀池的进水分水槽中，随后均匀地流入沉淀池中，其沉淀污泥汇集于污泥坑中，通过排泥管排入污泥井内；
9）污泥井内的污泥浆返回到固定生物膜处理池的前端进水槽中再次循环处理；沉淀池出水经导流板进入出水槽，最后经均匀布水槽进入地表径流人工湿地，作进一步处理。
本发明所述的一种用于城市雨水道干渠出水的处理和净化系统，其特征在于：
在雨水道总干渠上设置有若干个溢流井，集水泵站与溢流井连通，将截流的雨水或污水汇集；
所述的集水泵站一路（旱季）经过粗格栅与细格栅-曝气沉砂池相连接，将水中的大块固体污物和小块固体污物和泥沙等杂粒去除后，排放到固定生物膜处理池中；
集水泵站另一路（雨季）与配水汇集井及数个水力旋流泥沙分离器连通；将进入水力旋流泥沙分离器内的污水形成水力旋流；雨污混合水在水力旋流过程中分离成泥沙和澄清水，泥沙沉入泥沙坑内统一排出；澄清水通过出水汇集槽返回配水汇集井中；
配水汇集井与固定生物膜处理池的进水配水槽连通，在进水配水槽后连接有数个并联的固定生物膜处理池；固定生物膜处理池后端为出水槽；出水槽通过管路与沉淀池连通；沉淀池内设置有进水分水槽和污泥坑、出水槽，进行分水、沉淀、排水；沉淀池的排水通过均匀布水槽进入人工湿地。
所述的固定生物膜处理池中设有污泥混合搅拌机和数个填料段及潜水环流曝气机；潜水环流曝气机装置在填料段之间；在填料段上根据环境处理要求不同，安装不同的生物填料形成厌氧生物膜、缺氧生物膜、好氧生物膜或活性污泥。
旱季雨水管网总干渠末端处理厂的设计流量，按照同一服务区的污水管网总干渠末端污水处理厂的设计流量Q污设计。
雨季雨水管网总干渠的出水按照20-50年一遇的特大暴雨径流总量来设计雨水道总干渠排放流量，可能为旱季设计流量Q污的5-10倍。通常雨季设计流量取为Q=5Q污即可。
处理流量Q ≤ 2Q污时，采用旱季处理方式；在处理流量Q ≥ 2 Q污 时，不采用厌氧好氧缺氧处理方式，此时搅拌机停止运行，曝气机间歇运行或不运行（尤其是Q ≥ 4 Q污时）。
粗格栅与细格栅-曝气沉砂池仅在旱季运行，设计水力停留时间HRT=5分钟；雨季停止运行，改用水力旋流泥沙分离器。
所述的水力旋流泥沙分离器，处理流量为2Q污时，停留时间为5分钟，两个旋流泥沙分离器同时运行；处理流量4Q污-5Q污时；停留时间为2-3分钟，四个旋流泥沙分离器同时运行。
固定生物膜处理池处理流量为Q污时，水力停留时间HRT=15小时；暴雨时处理流量达到5Q污时，HRT=3小时。
沉淀池的设计水力停留时间HRT=5小时；暴雨时处理流量达到5Q污时，其HRT=1小时。
固定生物膜处理池厌氧段的污泥混合搅拌机按厌氧段体积计算，每m3的装机比功率为1Wm/m3；
固定生物膜处理池好氧段的潜水环流曝气机的装机比功率为3W/m3；维持池中好氧段的DO=2-3mg/L。
本发明的积极效果在于：采用固定生物膜处理雨水径流和雨水道出水（包括由于污水管道错接和乱接等以及污水管网堵塞造成地面溢流进入雨水道的污水以及事故泄漏等进入雨水道的污水、以及污染物如油、化学药品等）。由于固定生物膜处理池既能处理高浓度的污水，也能处理低浓度的雨水径流。
本发明提出的新型水力旋流泥沙分离器，不同于现有的水力折流分离器，内筒无需开孔形成水力旋流格筛，通过内筒的剧烈水力旋流形成的巨大离心力而产生强力泥沙沉淀，与外部圆环主体的上向流的重力沉淀相结合，能够达到高效的泥沙沉淀效率。
附图说明
图1、本发明旱季雨水道干管或总干渠出水的处理系统流程图；
图2、本发明雨季雨水道干渠出水处理系统流程图；
图3、本发明雨水道总干渠末端雨水处理系统平面图；
图4、本发明雨水总干渠出水处理高程图；
图5、图6、本发明水力旋流泥沙分离器结构示意图；
图中，1、雨水道总干渠；2、溢流井；3、集水泵站；4、粗格栅；5、细格栅-曝气沉砂池；6、固定生物膜处理池；7、水力旋流泥沙分离器； 8、配水汇集井；9、出水汇集槽；10、切线进水管；11、出水管；12、泥沙坑；13、进水配水槽；14、污泥混合搅拌机；15、填料段；16、出水槽；17、污泥井；18、潜水环流曝气机；19、进水分水槽；20、污泥坑；21、沉淀池；22、出水槽；23、布水槽；24、人工湿地。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
旱季雨水道干管或总干渠出水的处理
旱季雨水管网仍有水流，主要包括：雨水管道的地下水内渗水（通过管壁、管道接头处和管道破裂处渗入雨水管网中）；污水管道错接和乱接入雨水管网的生活污水、工业废水和商业服务业污水；住户阳台变厨房、洗衣房通过雨水竖管排入雨水管网的生活污水；街道、广场地面清洗进入雨水管网的地面污染冲洗污水（包括固体污物、悬浮物、油脂、有机物、重金属、营养物和大气沉降的挥发性污染物等）；事故泄漏水和污水（如污水管道堵塞造成的街道地面漫流和自来水管破裂造成的街道地面漫流）都通过街道边的雨篦子进入雨水管网）。统称为雨水管网旱季出水。
雨水管网旱季出水，其水质成分和性质类似于生活污水，可按照生活污水处理或共处理。但是其流量和成分随时间变化的波动性很大，采用活性污泥工艺难以维持稳定运行，处理后出水水质难以稳定地达到排放标准，因此，采用固定生物膜处理工艺为主的处理系统。
参照图1和图3所示：雨水道总干渠（或雨水道干管）1上设置多座溢流井2；在雨水干渠输送雨水径流流量超过设计最大流量时通过溢流井2排入附近河流或其他水体。旱季流量较小，不会发生溢流。旱季污水在雨水干渠末端的集水泵站3将溢流井2汇集的污水经连接管抽送到粗格栅4去除其中的大块固体污物后，出水进入细格栅-曝气沉砂池5以去除其中的小块固体污物和泥沙等杂粒；出水进入固定生物膜处理池6的进水配水槽13中，随后流经固定生物膜处理池6前端（厌氧段）的污泥混合搅拌机14，用以使回流污泥（污泥井17内的污泥浆）与池中水体均匀混合，以实现生物厌氧-好氧循环除磷；然后流入固定生物膜处理池6后端的好氧-缺氧段；其底部每隔一定距离（如10-30m）安装多台潜水环流曝气机18，在固定生物膜处理池6中曝气增氧；其后是安装辫带式合成纤维的填料段15（每段长度10-30m）；靠近潜水环流曝气机18的前段填料区15为好氧区，其后为缺氧区，如此被处理的污水依次经过好氧-缺氧-好氧-缺氧……多次部分硝化-反硝化过程，既能使污水得到充分的硝化-反硝化，又能使硝化产生的酸度及时被反硝化产生的碱度中和，维持较平稳的酸碱平衡，无需投加外部苛性碱来中和硝化产生的酸度。
固定生物膜处理池6的出水进入沉淀池21的进水分水槽19中，随后均匀地流入沉淀池21（为并联两组构成）中；沉淀污泥汇集于污泥坑20中，通过排泥管排入污泥井17中，再将污泥浆输送到固定生物膜处理池6的前端进水配水槽13中再次循环处理；沉淀池21出水经导流板进入布水槽23，进入地表径流人工湿地24，作进一步处理。
旱季雨水管网总干渠末端处理厂的设计流量，按照同一服务区的污水管网总干渠末端污水处理厂的设计流量Q污设计。这相当于重大事故漏水的流量（如自来水干管破漏的街道径流量）。旱季雨水总干渠出水流量波动很大，高低相差几十倍。其水质相差也很大。因此不能采用活性污泥法工艺，采用国定生物膜工艺最为适宜。
沉淀池出水水质达到1级A排放标准；人工湿地出水达到或接近地表水环境质量标准的IV类标准。
实施例2
雨季雨水道干渠出水处理
雨季雨水管网总干渠的出水主要是汇集街道、广场、其它地面和屋顶的雨水径流，按照20-50年一遇的特大暴雨径流总量来设计雨水道总干渠排放流量，可能为旱季设计流量Q污的5-10倍（取决于其服务区流域的绿色基础设施或海绵城市各项设施的完善与否）。通常雨季设计流量取为Q=5Q污即可。雨水径流流量由于很大倍数的混合稀释，其污染物浓度大幅度降低，有些达到了排放标准。
雨季降雨径流最有代表性的处理流量Q=1Q污-3Q污，此时雨水道干渠排出水的代表性浓度为：SS 300-1000mg/L、COD 300-800mg/L、BOD5 100-250mg/L、TN 40-100mg/L、NH3-N30-70mg/L、TP 3-10mg/L、油脂 20-50mg/L。经本发明的雨水径流处理系统处理后，出水（沉淀池出水）水质达到1级A或1级B排放标准。
雨季雨水处理厂的进水流量多倍增加，水力冲击力和水力负荷很大，不宜采用处理流向的格栅和曝气沉砂池，易于造成堵塞和运行失效等事故，因此改用水力旋流泥沙分离器（详见附图4）。
参照图2、图3所示，雨水道总干渠1末端的数个溢流井2，经连接管和闸门控制进入集水泵站3，集水泵站3将雨水导入配水汇集井8内；配水汇集井8将进水均匀地输送到4个水力旋流泥沙分离器7中，切线进水管10采用切线方向进入水力旋流泥沙分离器7中（可在末端加设喷嘴以产生强烈的水力旋流和较大的离心力提高去除泥沙的效率）[详见图4、图5水力旋流泥沙分离器平面图和断面图]；水力旋流泥沙分离器7的中间套筒的横断面积与中间套筒-外池壁之间的圆环形横断面积相同。切线进水管10以切线流进入水力旋流泥沙分离器7中间套筒的内壁，形成剧烈的旋流，产生较大的离心力，而且水流从上而下流动，使泥沙迅速沉淀到底部的泥沙坑12中，然后水流从中间套筒的底部边沿流入外部的圆环形水域，进行进一步沉淀；最后上升至顶部以流入出水汇集槽中9（见图5、图6），经出水管11进入配水分离井8中，再经连接管进入固定生物膜处理池6的进水配水槽13中，随后均匀地流入4个并联的固定生物膜处理池6中；后续的污水处理过程接实施例1固定生物膜处理池6后的处理流程。
在处理流量Q≦2Q污时，采用旱季处理方式；在处理流量Q≧2Q污时，不采用厌氧-好氧-缺氧处理方式，此时，搅拌机停止运行，曝气机间歇运行或不运行（尤其是Q≧4Q污时）。因为此时雨水径流含有足够的溶解氧（DO≧2mg/L)，能够进行有效的好氧-缺氧生物处理。
旋流泥沙分离器7的设计停留时间为5分钟（处理流量为2Q污时；2池运行）；或2-3分钟（处理流量4Q污-5Q污时；4池运行）。
固定生物膜处理池6设计水力停留时间HRT=15小时（处理流量为Q污时）；暴雨时处理流量达到5Q污时，HRT=3小时。
沉淀池21的设计水力停留时间HRT=5小时；暴雨时处理流量达到5Q污时，其HRT=1小时。
固定生物膜处理池6的厌氧段的混合搅拌器14按厌氧段体积计算，每m3的装机比功率为1Wm/m3；好氧段安装的潜水环流曝气机18的装机比功率为3W/m3。维持池中好氧段的DO=2-3mg/L。
实施例3
对于本发明实施例1和实施例2涉及的系统，旱季运行的细格栅曝气沉砂池5，设计水力停留时间5 min；雨季停止运行，改用水力旋流泥沙分离器7，水力旋流泥沙分离器7的设计停留时间为5 min（处理流量为2Q污时；2池运行）；或2-3 min（处理流量4Q污-5Q污时；4池运行）。固定生物膜处理池6设计水力停留时间HRT=15h（处理流量为Q污时）；暴雨时处理流量达到5Q污时，HRT=3h。沉淀池21的设计水力停留时间HRT=5小时；暴雨时处理流量达到5Q污时，其HRT=1h。
固定生物膜处理池6厌氧段的污泥混合搅拌机14按厌氧段体积计算，每m3的装机比功率为1Wm/m3；好氧段安装的潜水环流曝气机18的装机比功率为3W/m3。维持池中好氧段的DO=2-3mg/L。
实施例4
本发明系统已在我国多个城市设计、建造和运行了十余座以固定生物膜为主体的污水和雨水处理工程。如在深圳草铺水质净化厂设计、升级改建和运行的10万吨/日强化固定生物膜处理系统，是处理布吉河的雨水径流和污水、工业废水的混合污水，在暴雨时处理以雨水径流为主的混合污水效果特别好，出水水质全都达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》1级A排放标准。
在山东省胶州市，申请人设计、建造和运行了10万吨/日的雨水径流净化厂，进水来自云溪河末端-少海前端（胶州雨水滞洪区），汇集了云溪河沿岸所有雨水道干管和总干渠排出的雨水径流），采用格栅-曝气沉砂池预处理，随后是射流沉淀池，最后是多级固定式生物膜净化塘（池），运行中出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》1级A排放标准，有时接近于地表水环境质量IV类标准。
Claims (2)
1.一种用于城市雨水道干渠出水的处理和净化方法，包括以下步骤：
1）雨水道总干渠上设置多座溢流井，雨水干渠末端的集水泵站将溢流井截流的污水汇集；
2）旱季时，汇集的污水经连接管抽送到粗格栅去除其中的大块固体污物，出水进入细格栅—曝气沉砂池以去除其中的小块固体污物和泥沙；
3）雨季时，汇集的污水进入配水汇集井内，将进水均匀地输送到数个水力旋流泥沙分离器；进水通过切线进水管采用切线方向流进入水力旋流泥沙分离器中间套筒的内壁，形成剧烈的旋流，使泥沙迅速沉淀到底部的泥沙坑中，水流从中间套筒的底部边沿流入外部的圆环形水域，进行进一步沉淀；最后上升至顶部以流入出水汇集槽中经出水管返回配水分离井；
4）步骤2）和步骤3）的处理出水经固定生物膜处理池的进水配水槽，流入固定生物膜处理池中，通过前端厌氧段的污泥混合搅拌机将回流污泥与池中污水均匀混合，以实现生物厌氧-好氧循环除磷；
5）继续流入固定生物膜处理池后端的好氧-缺氧段，通过其底部每隔10-20m安装的多台潜水环流曝气机曝气增氧；
6）潜水环流曝气机在填料段之间，在安装辫带式合成纤维的填料段内实现生物膜处理：靠近潜水环流曝气机的前段填料区为好氧区，其后为缺氧区，被处理的污水依次经过好氧-缺氧-好氧-缺氧……多次部分硝化-反硝化过程，使污水得到充分的硝化-反硝化，硝化产生的酸度及时被反硝化产生的碱度中和，维持较平稳的酸碱平衡和pH值；
7）固定生物膜处理池的出水经过出水槽，进入沉淀池的进水分水槽中，随后均匀地流入沉淀池中，其沉淀污泥汇集于污泥坑中，通过排泥管排入污泥井内；
8）污泥井内的污泥返回到固定生物膜处理池的前端进水配水槽中再次循环处理；沉淀池出水经导流板进入出水槽，最后经均匀布水槽进入地表径流人工湿地，进一步处理。
2.一种用于城市雨水道干渠出水的处理和净化系统，其特征在于：
在雨水道总干渠上设置有若干个溢流井，集水泵站与溢流井连通，将截流的雨水或污水汇集；
旱季时所述的集水泵站一路通过粗格栅与细格栅-曝气沉砂池相连接，将水中的大块固体污物、小块固体污物和泥沙去除后，排放到固定生物膜处理池中；
雨季时集水泵站另一路通过配水汇集井与数个水力旋流泥沙分离器连接；将汇集的污水进入配水汇集井内，配水汇集井将进水均匀的输送到数个水力旋流泥沙分离器中，将进入水力旋流泥沙分离器内的污水形成水力旋流；雨污混合水在水力旋流过程中分离成泥沙和澄清水，泥沙沉入泥沙坑内统一排出；澄清水通过出水汇集槽返回配水汇集井中；
配水汇集井与固定生物膜处理池的进水配水槽连通，在进水配水槽后连接有数个并联的固定生物膜处理池；固定生物膜处理池后端为出水槽；出水槽通过管路与沉淀池连通；沉淀池内设置有进水分水槽和污泥坑、出水槽，进行分水、沉淀、排水；沉淀池的排水通过均匀布水槽进入人工湿地；
所述的固定生物膜处理池中设有污泥混合搅拌机和数个填料段及潜水环流曝气机；潜水环流曝气机装置在填料段之间；在填料段上根据环境处理要求不同，安装不同的生物填料形成厌氧生物膜、缺氧生物膜、好氧生物膜或活性污泥；
所述的水力旋流泥沙分离器，处理流量为2Q污时，停留时间为5分钟，两个水力旋流泥沙分离器同时运行；处理流量为4Q污-5Q污时，停留时间为2-3分钟，四个水力旋流泥沙分离器同时运行；
固定生物膜处理池设计处理流量为Q污时，水力停留时间HRT=15小时；暴雨时处理流量达到5Q污时，HRT=3小时；
沉淀池的设计水力停留时间HRT=5小时；暴雨时处理流量达到5Q污时，其HRT=1小时；
固定生物膜处理池厌氧段的污泥混合搅拌机按厌氧段体积计算，每m3的装机比功率为1Wm/m3；
好氧段的潜水环流曝气机的装机比功率为3W/m3；维持池中好氧段的DO=2-3mg/L。
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