降雨對污水處理廠進水污染物濃度的影響

李 晶

(上海城投污水處理有限公司，上海 201203)

城鎮污水處理廠進水水量和進水污染物濃度對污水處理有著至關重要的影響。目前，上海市排水體制格局為合流制與分流制并存,經過近幾年的排水改造，已基本形成排水體制以分流制為主、合流制為輔的排水格局。然而，仍有一定存量的合流制排水管道系統，這些系統晴天主要輸送城市污水，雨天時則輸送雨污混合水[1]。雨污混合水攜帶了很多管道沉積物和汽油、降塵等地面垃圾，使城鎮污水處理廠進水污染物濃度發生相應變化，從而對后期污水處理廠的處理造成很大影響。因此，有必要研究降雨對城鎮污水處理廠進水污染物濃度的影響。

1 概述

1.1 氣候特征

上海市屬亞熱帶季風性氣候，溫和濕潤，春季秋季較短，夏季冬季較長。上海市日照充分，2019年日照總長為1 833.8 h，圖1為上海市逐月降水量變化。由圖1可知，上海市雨量充沛，降水主要集中在6月—10月，2019年最大日降水量為95.6 mm，總降水天數為135 d。

圖1 2019年上海市降雨量變化Fig.1 Variation of Rainfall in 2019 in Shanghai

1.2 污水處理廠概況

該污水處理廠位于浦東新區合慶鎮，主要接納來自上海市污水治理二期、南干線、南線東段及沿線接入的污水，其中包含合流制排水管道接入的雨污混合水。采用多模式AAO生物處理工藝，目前處理規模為280萬m3/d。

2 降雨對進水污染物濃度的影響

2.1 降雨對進水流量和pH的影響

圖2 上海市近4年每月降雨頻次分布Fig.2 Monthly Rainfall Frequency in Recent Four Years in Shanghai

圖3 上海市近4年降雨量大小的頻次分布Fig.3 Frequency of Rainfall Amount in Recent Four Years in Shanghai

圖4 污水處理廠進水流量隨時間的變化Fig.4 Variation of Influent Flow of WWTP with Time

從最近4年每月的降雨頻次(圖2)可知，上海市降雨在全年1月—12月均有分布。從最近4年不同降雨量降雨的頻次分布(圖3)分析，上海市降雨以累計降水量在1～10 mm的小到中雨為主，占總降雨頻次的85%。圖4為上海市7月一場累計降水量為6 mm的典型中雨降水過程中，污水處理廠接收雨水后中線進水流量的變化曲線。由于降雨影響，中線進廠水流量迅速上升，在5 h后達到峰值，峰值流量為25.2 m3/s，隨后逐漸降低，并在22 h后逐漸恢復正常流量。由進水pH隨時間的變化曲線(圖5)可知，雨水徑流中含有的碳酸鹽、硫酸鹽、氮氧化物等酸性物質進入污水處理廠后，進廠污水的pH迅速下降，并在10 h后達到最低值(6.15)[5]。因此，降雨對污水處理廠進廠水量和進水pH都會造成較大影響。

圖5 污水處理廠進水pH值隨時間的變化Fig.5 Variation of pH Value in the Influent of WWTP with Time

雖然污水處理廠晝夜不間斷的均有生活污水及生產污水流入，雨水混合在其中會受到一定的稀釋，但雨水本身污染物濃度較高的特性不會改變。因此，降雨時進入污水處理廠的各項污染物濃度通常會比沒有降雨時污水處理廠上游來水的污染物濃度高。

2.2 降雨對進水COD濃度的影響

圖6 污水處理廠進水CODCr隨時間的變化Fig.6 Variation of CODCr in the Influent of WWTP with Time

圖6為該降雨天污水處理廠中線進水COD濃度的變化情況。進水CODCr濃度接收雨水后的0～3 h和7～10 h出現兩個峰值，峰值CODCr濃度分別為280 mg/L和277 mg/L。表明在降雨過程中，一些小分子的有機污染物如乙醇等，由于在雨水中的溶解度高，溶解于雨水后隨雨水徑流進入城鎮污水處理系統，從而體現為污水處理廠進水COD濃度曲線上的第一個峰值。隨著降雨的持續，一些溶解度較低的高分子有機物如多環芳烴、多氯聯苯、三丁基錫等以顆粒態的形式被雨水沖刷帶入城鎮污水處理系統，從而在進水COD濃度曲線形成第二個高峰[6]。

2.3 降雨對進水濃度的影響

圖7 污水處理廠進水濃度隨時間的變化Fig.7 Variation of Concentration in the Influent of WWTP with Time

圖8 污水處理廠進水TP隨時間的變化Fig.8 Variation of TP Concentration in the Influent of WWTP with Time

2.4 降雨對進水TP濃度的影響

2.5 降雨對進水TN濃度的影響

圖9 污水處理廠進水TN隨時間的變化Fig.9 Variation of TN Concentration in the Influent of WWTP with Time

3 雨天和旱天污染物質量負荷的比較

表1 雨天和旱天不同污染物的平均質量負荷Tab.1 Average Mass Load of Different Pollutants in Rainy and Dry Seasons

TP的雨天和旱天質量負荷概率分布差異較大，在旱天，TP質量負荷低于3.5 t/d的累積概率為96.8%，而雨天TP質量負荷低于3.5 t/d的累積概率僅65.5%。這意味著雨天污水處理廠TP的質量負荷普遍高于旱天，TP的處理與污水處理廠的脫氮除磷相關。要考察降雨對脫氮除磷工藝的影響，可以研究雨天和旱天的TN/TP(圖11)。雨天TN/TP在10以下的累積概率為49.7%，旱天TN/TP在10以下的累積概率為45%。盡管雨天污水處理廠的進水TN/TP略低于旱天，但均能滿足脫氮除磷工藝中微生物生長對營養物質的理論需求量。

圖10 雨天和旱天進水污染物質量負荷的概率分布和累積概率曲線Fig.10 Probability Distribution and Cumulative Probability Curve of Pollutant Mass Load in Rainy and Dry Seasons

圖11 雨天和旱天進水TN/TP的概率分布和累積概率曲線Fig.11 Probability Distribution and Cumulative Probability Curve of TN/TP in Rainy and Dry Seasons

4 結論與建議

(1)降雨后污水處理廠進廠水流量迅速上升，在5 h后達到峰值(25.2 m3/s)，而污水的pH值迅速下降，并在10 h后達到最低值(6.15)。

(4)污水處理廠進水TP的雨天質量負荷普遍高于旱天，但雨天和旱天的TN/TP差異不大，因此，雨天較高質量負荷的TP對污水處理廠脫氮除磷工藝未造成顯著影響。

(5)降雨對污水處理廠運行的影響主要是進水流量、污染物瞬時濃度和TP負荷的升高。因此，污水處理廠應注意避免長期“超負荷”影響，規避降雨期間進水流量、污染物瞬時流量急劇升高所導致的風險。同時，針對P的處理可設置應急處理工藝，以規避降雨期間TP負荷升高對污水處理廠運行穩定性的影響。