降雨對(duì)污水處理廠進(jìn)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(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水量和進(jìn)水污染物濃度對(duì)污水處理有著至關(guān)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(jīng)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(tǒng)，這些系統(tǒng)晴天主要輸送城市污水，雨天時(shí)則輸送雨污混合水[1]。雨污混合水?dāng)y帶了很多管道沉積物和汽油、降塵等地面垃圾，使城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水污染物濃度發(fā)生相應(yīng)變化，從而對(duì)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(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)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(fēng)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(shù)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(qū)合慶鎮(zhèn)，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(guī)模為280萬m3/d。

2 降雨對(duì)進(jìn)水污染物濃度的影響

2.1 降雨對(duì)進(jìn)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(jìn)水流量隨時(shí)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(jì)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(jì)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(jìn)水流量的變化曲線。由于降雨影響，中線進(jìn)廠水流量迅速上升，在5 h后達(dá)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(fù)正常流量。由進(jìn)水pH隨時(shí)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(zhì)進(jìn)入污水處理廠后，進(jìn)廠污水的pH迅速下降，并在10 h后達(dá)到最低值(6.15)[5]。因此，降雨對(duì)污水處理廠進(jìn)廠水量和進(jìn)水pH都會(huì)造成較大影響。

圖5 污水處理廠進(jìn)水pH值隨時(shí)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(chǎn)污水流入，雨水混合在其中會(huì)受到一定的稀釋，但雨水本身污染物濃度較高的特性不會(huì)改變。因此，降雨時(shí)進(jìn)入污水處理廠的各項(xiàng)污染物濃度通常會(huì)比沒有降雨時(shí)污水處理廠上游來水的污染物濃度高。

2.2 降雨對(duì)進(jìn)水COD濃度的影響

圖6 污水處理廠進(jìn)水CODCr隨時(shí)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(jìn)水COD濃度的變化情況。進(jìn)水CODCr濃度接收雨水后的0～3 h和7～10 h出現(xiàn)兩個(gè)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(jī)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(jìn)入城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)，從而體現(xiàn)為污水處理廠進(jìn)水COD濃度曲線上的第一個(gè)峰值。隨著降雨的持續(xù)，一些溶解度較低的高分子有機(jī)物如多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、三丁基錫等以顆粒態(tài)的形式被雨水沖刷帶入城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)，從而在進(jìn)水COD濃度曲線形成第二個(gè)高峰[6]。

2.3 降雨對(duì)進(jìn)水濃度的影響

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

圖8 污水處理廠進(jìn)水TP隨時(shí)間的變化Fig.8 Variation of TP Concentration in the Influent of WWTP with Time

2.4 降雨對(duì)進(jìn)水TP濃度的影響

2.5 降雨對(duì)進(jìn)水TN濃度的影響

圖9 污水處理廠進(jìn)水TN隨時(shí)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(zhì)量負(fù)荷的比較

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

TP的雨天和旱天質(zhì)量負(fù)荷概率分布差異較大，在旱天，TP質(zhì)量負(fù)荷低于3.5 t/d的累積概率為96.8%，而雨天TP質(zhì)量負(fù)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(zhì)量負(fù)荷普遍高于旱天，TP的處理與污水處理廠的脫氮除磷相關(guān)。要考察降雨對(duì)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(jìn)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(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的理論需求量。

圖10 雨天和旱天進(jìn)水污染物質(zhì)量負(fù)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(jìn)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(jié)論與建議

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

(4)污水處理廠進(jìn)水TP的雨天質(zhì)量負(fù)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(zhì)量負(fù)荷的TP對(duì)污水處理廠脫氮除磷工藝未造成顯著影響。

(5)降雨對(duì)污水處理廠運(yùn)行的影響主要是進(jìn)水流量、污染物瞬時(shí)濃度和TP負(fù)荷的升高。因此，污水處理廠應(yīng)注意避免長期“超負(fù)荷”影響，規(guī)避降雨期間進(jìn)水流量、污染物瞬時(shí)流量急劇升高所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，針對(duì)P的處理可設(shè)置應(yīng)急處理工藝，以規(guī)避降雨期間TP負(fù)荷升高對(duì)污水處理廠運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。