降雨对污水处理厂进水污染物浓度的影响

李 晶

(上海城投污水处理有限公司，上海 201203)

城镇污水处理厂进水水量和进水污染物浓度对污水处理有着至关重要的影响。目前，上海市排水体制格局为合流制与分流制并存,经过近几年的排水改造，已基本形成排水体制以分流制为主、合流制为辅的排水格局。然而，仍有一定存量的合流制排水管道系统，这些系统晴天主要输送城市污水，雨天时则输送雨污混合水[1]。雨污混合水携带了很多管道沉积物和汽油、降尘等地面垃圾，使城镇污水处理厂进水污染物浓度发生相应变化，从而对后期污水处理厂的处理造成很大影响。因此，有必要研究降雨对城镇污水处理厂进水污染物浓度的影响。

1 概述

1.1 气候特征

上海市属亚热带季风性气候，温和湿润，春季秋季较短，夏季冬季较长。上海市日照充分，2019年日照总长为1 833.8 h，图1为上海市逐月降水量变化。由图1可知，上海市雨量充沛，降水主要集中在6月—10月，2019年最大日降水量为95.6 mm，总降水天数为135 d。

图1 2019年上海市降雨量变化Fig.1 Variation of Rainfall in 2019 in Shanghai

1.2 污水处理厂概况

该污水处理厂位于浦东新区合庆镇，主要接纳来自上海市污水治理二期、南干线、南线东段及沿线接入的污水，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生物处理工艺，目前处理规模为280万m3/d。

2 降雨对进水污染物浓度的影响

2.1 降雨对进水流量和pH的影响

图2 上海市近4年每月降雨频次分布Fig.2 Monthly Rainfall Frequency in Recent Four Years in Shanghai

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

图4 污水处理厂进水流量随时间的变化Fig.4 Variation of Influent Flow of WWTP with Time

从最近4年每月的降雨频次(图2)可知，上海市降雨在全年1月—12月均有分布。从最近4年不同降雨量降雨的频次分布(图3)分析，上海市降雨以累计降水量在1～10 mm的小到中雨为主，占总降雨频次的85%。图4为上海市7月一场累计降水量为6 mm的典型中雨降水过程中，污水处理厂接收雨水后中线进水流量的变化曲线。由于降雨影响，中线进厂水流量迅速上升，在5 h后达到峰值，峰值流量为25.2 m3/s，随后逐渐降低，并在22 h后逐渐恢复正常流量。由进水pH随时间的变化曲线(图5)可知，雨水径流中含有的碳酸盐、硫酸盐、氮氧化物等酸性物质进入污水处理厂后，进厂污水的pH迅速下降，并在10 h后达到最低值(6.15)[5]。因此，降雨对污水处理厂进厂水量和进水pH都会造成较大影响。

图5 污水处理厂进水pH值随时间的变化Fig.5 Variation of pH Value in the Influent of WWTP with Time

虽然污水处理厂昼夜不间断的均有生活污水及生产污水流入，雨水混合在其中会受到一定的稀释，但雨水本身污染物浓度较高的特性不会改变。因此，降雨时进入污水处理厂的各项污染物浓度通常会比没有降雨时污水处理厂上游来水的污染物浓度高。

2.2 降雨对进水COD浓度的影响

图6 污水处理厂进水CODCr随时间的变化Fig.6 Variation of CODCr in the Influent of WWTP with Time

图6为该降雨天污水处理厂中线进水COD浓度的变化情况。进水CODCr浓度接收雨水后的0～3 h和7～10 h出现两个峰值，峰值CODCr浓度分别为280 mg/L和277 mg/L。表明在降雨过程中，一些小分子的有机污染物如乙醇等，由于在雨水中的溶解度高，溶解于雨水后随雨水径流进入城镇污水处理系统，从而体现为污水处理厂进水COD浓度曲线上的第一个峰值。随着降雨的持续，一些溶解度较低的高分子有机物如多环芳烃、多氯联苯、三丁基锡等以颗粒态的形式被雨水冲刷带入城镇污水处理系统，从而在进水COD浓度曲线形成第二个高峰[6]。

2.3 降雨对进水浓度的影响

图7 污水处理厂进水浓度随时间的变化Fig.7 Variation of Concentration in the Influent of WWTP with Time

图8 污水处理厂进水TP随时间的变化Fig.8 Variation of TP Concentration in the Influent of WWTP with Time

2.4 降雨对进水TP浓度的影响

2.5 降雨对进水TN浓度的影响

图9 污水处理厂进水TN随时间的变化Fig.9 Variation of TN Concentration in the Influent of WWTP with Time

3 雨天和旱天污染物质量负荷的比较

表1 雨天和旱天不同污染物的平均质量负荷Tab.1 Average Mass Load of Different Pollutants in Rainy and Dry Seasons

TP的雨天和旱天质量负荷概率分布差异较大，在旱天，TP质量负荷低于3.5 t/d的累积概率为96.8%，而雨天TP质量负荷低于3.5 t/d的累积概率仅65.5%。这意味着雨天污水处理厂TP的质量负荷普遍高于旱天，TP的处理与污水处理厂的脱氮除磷相关。要考察降雨对脱氮除磷工艺的影响，可以研究雨天和旱天的TN/TP(图11)。雨天TN/TP在10以下的累积概率为49.7%，旱天TN/TP在10以下的累积概率为45%。尽管雨天污水处理厂的进水TN/TP略低于旱天，但均能满足脱氮除磷工艺中微生物生长对营养物质的理论需求量。

图10 雨天和旱天进水污染物质量负荷的概率分布和累积概率曲线Fig.10 Probability Distribution and Cumulative Probability Curve of Pollutant Mass Load in Rainy and Dry Seasons

图11 雨天和旱天进水TN/TP的概率分布和累积概率曲线Fig.11 Probability Distribution and Cumulative Probability Curve of TN/TP in Rainy and Dry Seasons

4 结论与建议

(1)降雨后污水处理厂进厂水流量迅速上升，在5 h后达到峰值(25.2 m3/s)，而污水的pH值迅速下降，并在10 h后达到最低值(6.15)。

(4)污水处理厂进水TP的雨天质量负荷普遍高于旱天，但雨天和旱天的TN/TP差异不大，因此，雨天较高质量负荷的TP对污水处理厂脱氮除磷工艺未造成显著影响。

(5)降雨对污水处理厂运行的影响主要是进水流量、污染物瞬时浓度和TP负荷的升高。因此，污水处理厂应注意避免长期“超负荷”影响，规避降雨期间进水流量、污染物瞬时流量急剧升高所导致的风险。同时，针对P的处理可设置应急处理工艺，以规避降雨期间TP负荷升高对污水处理厂运行稳定性的影响。