降雨量對污水處理一體化設施運行效果的影響研究

池麗萍

（廣東省環境科學研究院，廣州 510045）

傳統的污水處理系統存在較多的處理單元，各處理單元分別設置，其基建設備的占地面積和投資較大。污水處理一體化工藝可以對各單元構筑物進行有效組建，實現成本和占地面積均降低的效果。當前，污水處理一體化工藝已有廣泛應用，如序批式活性污泥法（SBR）、厭氧-缺氧-好氧法（AAO）、膜生物反應器（MBR）等[1]，污水處理一體化設施在農村[2]或臨時性污水處理[3]中具有廣泛的適應性和應用性。污水處理一體化設施作為污水處理的終端，運行的穩定性受到前端設備的影響，雨污合流管網下，雨水帶來的沖擊使污水處理設施在雨季運行難度加大。現有研究大多關注污水處理一體化設施的設備研發及應用場景拓展[2-4]，對實際運行效果的影響因素研究較少。因此，本文以2021年10月至2022年12月為研究期，分析不同降雨情況下23 座污水處理一體化設施的進水水量水質及運行效果變化，探索降雨量對一體化設施運行的影響規律。

1 數據與方法

廣東省某城市雨污分流尚不完善，其通過建設23 座一體化設施對城區污水處理能力進行有效補充。23 座污水處理一體化設施的設計處理規模介于0.01～2.00 萬t/d，總處理能力為10.64 萬t/d，主要處理工藝為AAO 和MBR，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A 標準及《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）的第二時段一級標準較嚴值。

降雨量數據來自當地氣象站。根據《降水量等級》（GB/T 28592—2012），不同強度的雨日降雨量（P）存在差異。若0.1 mm ≤P＜10.0 mm，則雨日為小雨日；若10.0 mm ≤P＜25 mm，則雨日為中雨日；若25.0 mm ≤P＜50.0 mm，則雨日為大雨日；若50.0 mm ≤P＜100.0 mm，則雨日為暴雨日；若100.0 mm ≤P＜250.0 mm，則雨日為大暴雨日；若P≥250.0 mm，則雨日為特大暴雨日。本研究定義月降雨量小于30 mm 的為降雨較少月份（簡稱雨少月），月降雨量大于300 mm 為降雨較多月份（簡稱雨多月）。根據氣象站數據，2021年10月至2022年12月的月降雨量（共15 個月）依次為346.0 mm、0.0 mm、42.5 mm、24.0 mm、224.0 mm、102.5 mm、26.0 mm、374.0 mm、344.5.0 mm、226.0 mm、222.5 mm、38.0 mm、8.0 mm、101.5 mm 和21.5 mm，則2022年1月、4月、10月、12月和2021年11月為雨少月，2022年5月、6月和2021年10月為雨多月。

分析2021年10月至2022年12月不同降雨量下污水處理設施的進水處理負荷、進水CODCr和進水氨氮濃度，探究降雨對污水處理設施運行帶來的沖擊，討論不同降雨情況下污水處理設施的出水CODCr、出水氨氮濃度、CODCr削減量和氨氮削減量，研究降雨量對污水處理一體化設施運行效果的影響。

2 結果與分析

2.1 進水處理負荷與降雨量的關系分析

23 座污水處理一體化設施進水處理負荷的變化趨勢與降雨量變化趨勢趨同，如圖1所示。2022年5—7月降雨較為豐沛時，23 座污水處理一體化設施的進水負荷均值為106.6%，2021年11月、2022年9月、2022年12月降雨較為稀少時，進水負荷均值為86.0%。雨多月進水處理負荷較雨少月高10.3%。降雨量與進水處理負荷呈正相關，原因可能是雨水通過雨污合流管網進入污水處理設施[5]。

2.2 進出水濃度與降雨量的關系分析

23 座污水處理一體化設施進水CODCr和氨氮濃度的變化趨勢與降雨量變化趨勢趨同，如圖2、圖3所示。2022年5—8月降雨量較大，污水處理設施進水CODCr和氨氮濃度較大（CODCr均值156 mg/L，氨氮均值23.6 mg/L）；2021年11月至2022年1月的降雨量較少，污水處理設施進水CODCr和氨氮濃度較低（CODCr143 mg/L，氨氮22.4 mg/L）。雨多月進水CODCr和氨氮濃度分別較雨少月高10 mg/L、0.4 mg/L，即降雨量豐沛時，污水處理一體化設施進水CODCr和氨氮濃度更高。

圖2 進出水CODCr 濃度與降雨量變化趨勢

圖3 進出水氨氮濃度與降雨量變化趨勢

23 座污水處理一體化設施出水CODCr和氨氮濃度的變化趨勢與降雨量變化趨勢相關性不明顯。如圖2 和圖3所示，2021年10月至2022年12月，23 座污水處理一體化設施出水CODCr月均值范圍為21 mg/L±1 mg/L，出水氨氮濃度月均值范圍為0.98 mg/L±0.15 mg/L，可見出水CODCr和氨氮濃度較為穩定且均達到排放標準，即降雨量對出水CODCr和氨氮的影響較小。降雨量與污水處理一體化設施進水CODCr和氨氮濃度變化趨勢呈正相關，原因可能是雨水徑流沖刷、聚集地面污染物質并通過排水系統進入污水處理設施，降雨促使雨污合流污水管網流速增大，沖刷管內沉積淤泥，導致污水濃度進一步增大。

2.3 CODCr 和氨氮削減量分析

23 座污水處理一體化設施的CODCr削減量、氨氮削減量的變化趨勢與降雨量變化趨勢趨同，如圖4所示。2022年5—8月降雨量較為豐沛時，23 座污水處理一體化設施的CODCr削減量均值為0.74 t/d，2021年11月至2022年4月降雨較為稀少時，CODCr削減量均值為0.63 t/d，雨多月CODCr和氨氮削減量均值分別較雨少月高0.09 t/d、0.02 t/d。降雨豐沛時，污水處理設施的CODCr和氨氮削減量較高，處理效能更高。

圖4 CODCr 和氨氮處理效能與降雨量變化趨勢

3 結論

污水處理一體化設施的進水水質水量及處理效能與降雨量呈正相關。水量方面，23 座污水處理一體化設施進水處理負荷的變化趨勢與降雨量變化趨勢趨同。進水水質方面，23 座污水處理一體化設施進水CODCr和氨氮濃度的變化趨勢與降雨量變化趨勢一致。處理效果方面，23 座污水處理一體化設施出水的CODCr和氨氮濃度受降雨量影響較小，污水處理一體化設施的CODCr削減量、氨氮削減量與降雨量呈正相關，降雨量較大時，污水處理一體化設施的減排效益更高。