CN116409908B - 一种降雨污染快速净化系统与工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种降雨污染快速净化系统与工艺，降雨污染快速净化系统中依次设置有格栅池、快速沉淀池、化学混凝池、分离过滤池及曝气增氧池，格栅池中设置回转式格栅；快速沉淀池的池体中设置有电机，电机通过传动轴带动刮泥板转动；化学混凝池的池体中设置有加药装置和搅拌装置；分离过滤池的池体包括过滤区、导流沉淀区和沉淀集泥区，曝气增氧池的池体设置有曝气区和风机，曝气区设置在曝气增氧池的底部，利用风机向曝气区供氧。本发明降雨污染快速净化工艺可高效去除SS、有机物等悬浮态污染物，削减入河污染物总量，并提升入河雨水的DO，避免雨后水体黑臭问题，同时对磷具有较好的处理效果，改善水质的同时降低水体富营养化风险。

Description

一种降雨污染快速净化系统与工艺

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种降雨污染快速净化系统与工艺。

背景技术

合流制溢流污染和分流制降雨冲刷污染是导致水体雨后黑臭的主要原因。首先，合流制排水管道长期维持在高水位低流速状态运行，污染物长期沉积在管道中形成厌氧环境，降雨期间在水力冲击作用下，携带大量污染物的底泥被冲刷，来不及输送至污水厂或超过污水厂处理能力的雨污水混合物将通过溢流进入城市水体；同时，分流制排水系统中，混接错接、小散乱排污情况普遍，大量污水进入雨水管道，加上降雨初期对房顶、马路等的冲刷污染，导致雨天经雨水管道入河的除雨水外，还有大量未经处理的污水。

在降雨径流地表冲刷及管道沉积物冲刷的作用下，合流制溢流污染和分流制降雨污染中含有大量的泥砂、沉积物等污染物质，具有无机物、SS、COD含量极高、同时氮磷浓度也较高的特征，同时降雨污染中含有的大粒径泥砂、枯枝落叶等大尺寸漂浮物和杂质，降雨期间骤增的水量无法及时处理而进入水体，造成城市水体雨后返黑返臭问题难以解决，其中的氮磷等污染物是水体黑臭消除后富营养化的主要诱因。由于现阶段的城市水环境情况复杂，市政基础设施建设进展不均衡等问题，相关工作实施存在较大困难，雨后黑臭问题难以有效解决。

目前，针对降雨污染，部分城市采取建设调蓄池的方式，但是由于调蓄池内的污染再次沉积、厌氧导致恶臭气体排放，以及无法3天排空等问题，导致我国大部分调蓄池难以正常运行维护。以颗粒物去除为核心，反应周期短、见效速度快、抗冲击能力强的降雨污染快速净化设施，是城市水体返黑返臭及水环境长期治理的核心工作方向。

传统的快速净化技术有物理沉淀或过滤、化学混凝沉淀、磁分离技术等。由于降雨污染中携带大量的泥砂和管道沉积物等不同粒径的杂质，传统的物理沉淀和物理过滤技术可部分除去悬浮态污染物，但存在水力停留时间不足、处理效果不好或滤料污染严重等问题；而采用化学混凝沉淀技术对SS、COD和P具有一定的处理效果，但需要大量投加化学药剂，会造成二次污染，而且水力停留时间较长无法应对降雨期间的较高的流量负荷，不宜作为降雨污染快速处理技术；磁分离技术可有效去除SS、COD等悬浮态污染物，但对易使水体富营养化的磷酸盐无处理效果，且磁粉回收困难，造价较高。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供了一种降雨污染快速净化系统与工艺。本发明提出的降雨污染快速净化工艺利用以悬浮颗粒形态为主的降雨污染的易沉降性，以及高SS化学絮体的易絮凝分离特征，形成的以“格栅-快速沉淀-化学混凝沉淀过滤-曝气增氧”工艺为核心的短流程、短水力停留时间的快速处理系统，不仅保障了对SS、COD和P等污染物的快速高效去除，还可减少化学药剂使用量，降低滤池处理负荷和反冲洗频率，并通过充氧提高了河水的水质。

为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种降雨污染快速净化系统，包括格栅池、快速沉淀池、化学混凝池、分离过滤池及曝气增氧池，所述格栅池的出口端与快速沉淀池的进口端连接，所述快速沉淀池的出口端与化学混凝池的进口端连接，所述化学混凝池的出口端与分离过滤池的进口端连接，所述分离过滤池的出口端与曝气增氧池的进口端连接；

所述格栅池中设置回转式格栅，所述回转式格栅中栅板的栅距为5-10mm，过栅流速为0.6-1.0 m/s，栅板倾角60-75°；

所述快速沉淀池中设置有电机、传动轴及刮泥板，所述电机通过传动轴带动刮泥板转动，所述传动轴的转速为1-3r/h，所述快速沉淀池的底部设置第一排泥口，上部设置第一出水口，所述快速沉淀池通过所述第一出水口与化学混凝池连接；

所述化学混凝池中设置有加药装置和搅拌装置，所述加药装置中添加用于去除SS、COD和磷酸盐的药剂；

所述分离过滤池包括上部的过滤区、中部的导流沉淀区和下部的沉淀集泥区，所述导流沉淀区设置螺旋导流装置，所述沉淀集泥区的底部设置第二排泥口，所述第二排泥口的前端设置排泥泵；

所述过滤区设置有承托层、反冲洗区及过滤层，所述承托层的下方设置反冲洗区，所述承托层的上方设置有过滤层，所述分离过滤池的第二排泥口与第二出水口之间设置有放空管，所述第二出水口设置在分离过滤池的上部，位于所述过滤层的上方；

所述曝气增氧池的池体设置有曝气区和风机，所述曝气区设置在所述曝气增氧池的底部，利用所述风机向曝气区提供氧气。

进一步地，所述反冲洗区位于所述螺旋导流装置与承托层之间，所述反冲洗区设置反冲洗泵。

进一步地，所述曝气区设置有氧气输送管道和曝气器，所述氧气输送管道将风机提供的氧气输送至曝气器，曝气器向水中扩散氧气供氧；

所述曝气器均匀布置在所述曝气增氧池的底部，两侧的曝气器与曝气增氧池的池体侧壁之间的距离不小于0.2 m，相邻曝气器之间的间距不小于0.4m。

第二方面，本发明实施例提供了一种降雨污染快速净化工艺，应用于第一方面所述的降雨污染快速净化系统，包括以下步骤：

步骤S1、格栅拦截：降雨污染从合流制溢流口或分流制雨水口经泵提升至格栅池，在格栅的拦截作用下，粒径大于栅板栅距的杂质被格栅拦截去除，滤后水经出水口进入快速沉淀池；

步骤S2、快速沉淀：进入所述快速沉淀池的格栅出水中大部分泥砂和比重较大的悬浮态颗粒物向下沉降堆积，在电机的驱动下，传动轴绕所述快速沉淀池的中心轴线旋转，带动刮泥板将沉积在池底的污泥刮集至池中心集泥斗，通过第一排泥口排出，沉淀出水通过第一出水口进入化学混凝池；

步骤S3、化学混凝：步骤S2中的沉淀出水进入化学混凝池后，通过加药装置向所述化学混凝池内加入化学药剂，化学药剂与水混合均匀反应完全后，进入分离过滤池；

步骤S4、分离过滤：步骤S3中进入分离过滤池的处理水首先进入中部的导流沉淀区，在螺旋导流装置的引流下，部分化学絮体向下沉降在沉淀集泥区沉降富集，通过排泥泵抽吸，经第二排泥口排出；

沉淀后悬浮物浓度较低的处理水向上进入过滤区，通过承托层进入过滤层进行快速过滤处理，滤后水通过第二出水口进入曝气增氧池；

步骤S5、曝气增氧：风机向曝气区提供氧气，通过曝气充氧消耗去除进入所述曝气增氧池的滤后水中还原性更强、更易致黑致臭的小分子有机物，出水DO浓度达到5-6mg/L，就近排入水体。

进一步地，所述格栅出水中含有大量管道沉积物冲刷形成的悬浮物和被降雨径流冲刷经雨水箅口进入管网的无机颗粒物。

进一步地，步骤S2中快速沉淀池的水力停留时间为3-5min，SS的去除率达到40-60%。

进一步地，步骤S3中通过加药装置向所述化学混凝池内加入化学药剂前，进入化学混凝池中的沉淀出水中SS含量不低于100mg/L。

进一步地，步骤S4中处理水在沉淀区的水力停留时间为5-10min；

所述过滤层的滤料为石英砂，粒径为1-2mm。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

（1）本发明针对降雨期间合流制溢流污染和分流制降雨污染导致城市水体严重的黑臭反复问题，提出的降雨入河污染快速净化工艺水力停留时间短、处理负荷高，既可快速去除降雨污染中大量的SS、COD、P等污染物，也可有效提升出水DO，避免雨后水体黑臭问题，同时对磷具有较好的处理效果，改善水质的同时，降低水体富营养化风险，解决了传统处理手段耗时长、处理效果差、设备维护困难，以及处理不及时等问题。

（2）本发明利用降雨污染中所携带的管道冲刷沉积物的易沉降性，先通过快速沉淀去除降雨污染中的泥砂等无机颗粒物和部分比重较大的悬浮态颗粒态污染物，再进行化学混凝处理，可大幅降低后续化学处理负荷，不仅有效减少化学药剂使用量，还降低后续单元的水力停留时间，提高处理效率，降低运行处理成本。

（3）本发明通过快速沉淀去除泥砂等无机颗粒物和部分比重较大的悬浮态颗粒污染物的同时，保留一定浓度的悬浮态颗粒物，可提高化学药剂的处理效率，所产生的化学絮体沉降性更好，也有效缩短处理分离时间，节省设备空间和占地面积。

（4）本发明可有效去除降雨污染中的SS、COD和TP等污染物，并对常规快速净化方法中无法去除但极易造成水体富营养化的磷酸盐具有很好的处理效果，在避免水体雨后黑臭的同时，可有效缓解雨后水体富营养化问题。

（5）本发明所产生的化学絮体具有易沉降易分离的特征，采用集沉淀过滤一体的分离过滤池，通过在过滤前增加5-10min的沉淀处理，可实现60%以上絮体的去除，大幅提升滤池的处理效率，滤速可达到10-15 m/h；同时，更低的絮体浓度减少滤料堵塞，降低反冲洗频率，保障雨天处理效率。

（6）本发明针对降雨污染中携带大量还原性物质，进入水体后快速耗尽DO并导致黑臭的问题，采取纯氧曝气增氧技术快速去除降雨污染中还原性更强、更易致黑致臭的小分子有机物，有效提升处理水中的DO，不仅避免水体溶氧快速消耗导致黑臭，也不会对水体中的动植物和微生物产生厌氧冲击作用。同时，纯氧曝气较传统空气曝气的氧转移率更高，相同水力停留时间下，水的DO浓度提升效果更好。

附图说明

图1为本发明实施例中降雨污染快速净化系统的结构示意图。

图2是本发明实施例降雨污染快速净化系统中导流沉淀区水流方向示意图。

附图标记说明：1-格栅池；2-快速沉淀池；3-化学混凝池；4-分离过滤池；5-曝气增氧池；6-格栅；7-电机；8-传动轴；9-刮泥板；10-第一排泥口；11-第一出水口；12-加药装置；13-搅拌装置；14-螺旋导流装置；15-沉淀集泥区；16-排泥泵；17-第二排泥口；18-承托层；19-反冲洗区；20-过滤层；21-第二出水口；22-放空管；23-反冲洗泵；24-风机；25-氧气输送管道；26-曝气器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，一种降雨污染快速净化系统，包括格栅池1、快速沉淀池2、化学混凝池3、分离过滤池4和曝气增氧池5。

格栅池1的出口端与快速沉淀池2的进口端连接，快速沉淀池2的出口端与化学混凝池3的进口端连接，化学混凝池3的出口端与分离过滤池4的进口端连接，分离过滤池4的出口端与曝气增氧池5的进口端连接；

格栅池1中设置回转式格栅6，回转式格栅6中栅板的栅距为5-10mm，过栅流速为0.6-1.0 m/s，栅板倾角60-75°；

快速沉淀池2的池体中设置有电机7、传动轴8、刮泥板9、第一排泥口10及第一出水口11，电机7通过传动轴8带动刮泥板9转动，传动轴8的转速为1-3r/h，第一排泥口10位于快速沉淀池2的底部，第一出水口11位于快速沉淀池2的上部；

化学混凝池3的池体中设置有加药装置12和搅拌装置13，加药装置12中添加用于去除SS、COD和磷酸盐的药剂；

分离过滤池4包括上部的过滤区、中部的导流沉淀区和下部的沉淀集泥区15，导流沉淀区设置螺旋导流装置14，沉淀集泥区15的底部设置第二排泥口17，第二排泥口17的前端设置排泥泵16；

过滤区设置有承托层18、反冲洗区19及过滤层20，承托层18的下方设置反冲洗区19，承托层18的上方设置有过滤层20，分离过滤池4的第二排泥口17与第二出水口21之间设置有放空管22，第二出水口21设置在分离过滤池4的上部，位于过滤层20的上方，分离过滤池4通过第二出水口21与曝气增氧池5联通；

曝气增氧池5的池体设置有曝气区和风机24，曝气区设置在曝气增氧池5的底部，利用风机24向曝气区提供氧气。

反冲洗区19位于螺旋导流装置14与承托层18之间，反冲洗区19设置反冲洗泵23。

曝气区设置有氧气输送管道25和曝气器26，氧气输送管道25将风机24提供的氧气输送至曝气器26，曝气器26向水中扩散氧气供氧；

曝气器26与曝气增氧池5的池体侧壁之间的距离不小于0.2 m，相邻曝气器26之间的间距不小于0.4m。

优选地，曝气器26采用橡胶膜孔曝气器或刚玉微孔曝气器，标准曝气效率和标准氧传质效率较穿孔管更高。

实施例2

一种降雨污染快速净化工艺，应用于实施例1所述的降雨污染快速净化系统，包括以下步骤：

步骤S1、格栅拦截：降雨污染从合流制溢流口或分流制雨水口经泵提升至格栅池1，在格栅6的拦截作用下，粒径大于栅板栅距的包括砖块、石头、枯枝烂叶、塑料纤维在内的杂质被格栅6拦截去除，滤后水中含有大量管道沉积物冲刷形成的悬浮物和被降雨径流冲刷经雨水箅口进入管网的泥砂等无机颗粒物等，具有极易沉降去除的特性，滤后水经出水口进入快速沉淀池2；

步骤S2、快速沉淀：步骤S1中格栅出水进入快速沉淀池2，大部分泥砂和比重较大的悬浮态颗粒物向下沉降堆积，在电机7的驱动下，传动轴8绕快速沉淀池2的中心轴线旋转，带动刮泥板9将沉积在池底的污泥刮集至池中心集泥斗，通过第一排泥口10排出，沉淀出水通过第一出水口11进入化学混凝池3；

快速沉淀池2的水力停留时间为3~5min，可根据降雨强度、入河水量和污染程度进行动态调节，实现污染物的快速高效初步分离，SS去除率可达到40%~60%，同时处理水中的COD和TP等污染物浓度也有效降低。

步骤S3、化学混凝：步骤S2中的沉淀出水进入化学混凝池3，通过加药装置12向化学混凝池3内加入化学药剂，化学药剂用于去除处理水中的SS、COD和磷酸盐，化学药剂与水混合均匀反应完全后，经出水口进入分离过滤池4；

由于快速沉淀池2的水力停留时间较短，加药前水中SS含量通常不低于100mg/L，一定的悬浮态颗粒物浓度更利于化学絮体的形成和沉淀。

步骤S4、分离过滤：步骤S3中处理水进入分离过滤池4，首先进入中部的导流沉淀区，在螺旋导流装置14的引流下，易沉降的化学絮体向下沉降在沉淀集泥区15沉降富集，沉淀区的水力停留时间为5-10min，通过排泥泵16抽吸，经第二排泥口17排出，降雨污染中的SS、COD和P通过沉降分离去除；

沉淀后以化学絮体为主的悬浮物浓度较低的处理水向上进入过滤区，通过承托层18进入过滤层20进行快速过滤处理，过滤层20的滤料为石英砂，粒径为1-2mm，滤后水通过出水口进入曝气增氧池5。

如图2所示，螺旋导流装置14对来水起到引流作用，能够保障水力停留时间，避免短流造成的沉淀时间不足而分离效果差的问题。

沉淀区实现对化学处理水中易沉降絮体的沉淀去除，过滤区对沉淀区来水进行过滤净化，进一步去除轻质、细小化学絮体和杂质等。

分离过滤池4采用上向流、粗滤料滤池，且进入滤池前已沉淀去除水中大部分絮体和杂质，在降低滤池处理负荷和水力停留时间的同时，有效延长了过滤周期和滤池反冲洗频次要求，对雨季降雨污染的稳定连续处理具有重要作用。

步骤S5、曝气增氧：曝气增氧池5中的风机24向曝气区提供氧气，通过曝气充氧消耗去除进入曝气增氧池5的滤后水中还原性更强、更易致黑致臭的小分子有机物，出水DO浓度达到5-6mg/L，充氧后的处理水经出水口就近排入水体。

步骤S2中快速沉淀池2的水力停留时间为3-5min，SS的去除率达到40-60%。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的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，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种降雨污染快速净化系统，其特征在于，包括格栅池（1）、快速沉淀池（2）、化学混凝池（3）、分离过滤池（4）及曝气增氧池（5），所述格栅池（1）的出口端与快速沉淀池（2）的进口端连接，所述快速沉淀池（2）的出口端与化学混凝池（3）的进口端连接，所述化学混凝池（3）的出口端与分离过滤池（4）的进口端连接，所述分离过滤池（4）的出口端与曝气增氧池（5）的进口端连接；

所述格栅池（1）中设置回转式格栅（6），所述回转式格栅（6）中栅板的栅距为5-10mm，过栅流速为0.6-1.0 m/s，栅板倾角60-75°；

所述快速沉淀池（2）中设置有电机（7）、传动轴（8）及刮泥板（9），所述电机（7）通过传动轴（8）带动刮泥板（9）转动，所述传动轴（8）的转速为1-3r/h，所述快速沉淀池（2）的底部设置第一排泥口（10），上部设置第一出水口（11），所述快速沉淀池（2）通过所述第一出水口（11）与化学混凝池（3）连接；

所述化学混凝池（3）中设置有加药装置（12）和搅拌装置（13），所述加药装置（12）中添加用于去除SS、COD和磷酸盐的药剂，进入所述化学混凝池（3）中的沉淀出水中SS含量不低于100mg/L；

所述分离过滤池（4）包括上部的过滤区、中部的导流沉淀区和下部的沉淀集泥区（15），所述导流沉淀区设置螺旋导流装置（14），所述沉淀集泥区（15）的底部设置第二排泥口（17），所述第二排泥口（17）的前端设置排泥泵（16）；

在所述螺旋导流装置（14）的引流下，部分化学絮体向下沉降在所述沉淀集泥区（15）沉降富集，沉淀后悬浮物浓度较低的处理水向上进入过滤区；

所述过滤区设置有承托层（18）、反冲洗区（19）及过滤层（20），所述承托层（18）的下方设置反冲洗区（19），所述承托层（18）的上方设置有过滤层（20），所述分离过滤池（4）的第二排泥口（17）与第二出水口（21）之间设置有放空管（22），所述第二出水口（21）设置在分离过滤池（4）的上部，位于所述过滤层（20）的上方；

所述反冲洗区（19）位于所述螺旋导流装置（14）与承托层（18）之间，所述反冲洗区（19）设置反冲洗泵（23）；

所述曝气增氧池（5）的池体设置有曝气区和风机（24），所述曝气区设置在所述曝气增氧池（5）的底部，利用所述风机（24）向曝气区提供氧气；

所述曝气区设置有氧气输送管道（25）和曝气器（26），所述氧气输送管道（25）将风机（24）提供的氧气输送至曝气器（26），曝气器（26）向水中扩散氧气供氧。

2.根据权利要求1所述的降雨污染快速净化系统，其特征在于，

所述曝气器（26）均匀布置在所述曝气增氧池（5）的底部，两侧的曝气器（26）与曝气增氧池（5）的池体侧壁之间的距离不小于0.2 m，相邻曝气器（26）之间的间距不小于0.4m。

3.一种降雨污染快速净化工艺，其特征在于，应用于如权利要求1所述的降雨污染快速净化系统，包括以下步骤：

步骤S1、格栅拦截：降雨污染从合流制溢流口或分流制雨水口经泵提升至格栅池（1），在格栅（6）的拦截作用下，粒径大于栅板栅距的杂质被格栅（6）拦截去除，滤后水经出水口进入快速沉淀池（2）；

步骤S2、快速沉淀：进入所述快速沉淀池（2）的格栅出水中大部分泥砂和比重较大的悬浮态颗粒物向下沉降堆积，在电机（7）的驱动下，传动轴（8）绕所述快速沉淀池（2）的中心轴线旋转，带动刮泥板（9）将沉积在池底的污泥刮集至池中心集泥斗，通过第一排泥口（10）排出，沉淀出水通过第一出水口（11）进入化学混凝池（3）；

步骤S3、化学混凝：步骤S2中的沉淀出水进入化学混凝池（3）后，通过加药装置（12）向所述化学混凝池（3）内加入化学药剂，化学药剂与水混合均匀反应完全后，进入分离过滤池（4）；

步骤S4、分离过滤：步骤S3中进入分离过滤池（4）的处理水首先进入中部的导流沉淀区，在螺旋导流装置（14）的引流下，部分化学絮体向下沉降在沉淀集泥区（15）沉降富集，通过排泥泵（16）抽吸，经第二排泥口（17）排出；

沉淀后悬浮物浓度较低的处理水向上进入过滤区，通过承托层（18）进入过滤层（20）进行快速过滤处理，滤后水通过第二出水口（21）进入曝气增氧池（5）；

步骤S5、曝气增氧：风机（24）向曝气区提供氧气，通过曝气充氧消耗去除进入所述曝气增氧池（5）的滤后水中还原性更强、更易致黑致臭的小分子有机物，出水DO浓度达到5-6mg/L，就近排入水体。

4.根据权利要求3所述的降雨污染快速净化工艺，其特征在于，所述格栅出水中含有大量管道沉积物冲刷形成的悬浮物和被降雨径流冲刷经雨水箅口进入管网的无机颗粒物。

5.根据权利要求3所述的降雨污染快速净化工艺，其特征在于，步骤S2中快速沉淀池（2）的水力停留时间为3-5min，SS的去除率达到40-60%。

6.根据权利要求3所述的降雨污染快速净化工艺，其特征在于，步骤S3中通过加药装置（12）向所述化学混凝池（3）内加入化学药剂前，进入化学混凝池（3）中的沉淀出水中SS含量不低于100mg/L。

7.根据权利要求3所述的降雨污染快速净化工艺，其特征在于，步骤S4中处理水在沉淀区的水力停留时间为5-10min；

所述过滤层（20）的滤料为石英砂，粒径为1-2mm。