降雨气候环境影响与污水处理的应对策略（上）

降雨气候环境影响与污水处理的应对策略（上）

随着一年的周期经过夏秋季节之后，多数市政污水处理厂开始进入一个比较新的阶段，雨季过后的生物修复过程。污水处理厂的设计一般主要是处理非雨季的城镇居民所排放的稳定生活污水。但是随着近年来全球气候变化异常的影响，多地区的降雨事件和强对流天气导致城镇区域内的大量雨水通过管网缺陷（入流和渗入）或合流制系统进入污水收集管网，形成雨天的污水厂运行工况，这种工况下带来的巨大水力负荷和伴随的污染物冲击，可能导致以下后果：

1.处理厂水力负荷超出设计上限，引发合流制下水道溢流或分流制下水道溢流，这种溢流是雨水和污水的混合水，直接溢流就将未经充分处理的污水直接排放至环境水体。

2.缩短处理单元的水力停留时间（HRT），导致活性污泥流失，对生物处理系统和后端的深度化学处理系统造成严重的运行压力，降低污染物去除效率，可能导致部分需要沉淀和化学去除的水质指标（SS、TP等）超标。

3.雨季结束后，生物系统活性污泥严重流失导致系统处理能力下降，去除了雨水稀释作用后的进厂污水浓度迅速增高，低负荷运行系统无法承接高污染物的冲击，导致部分需要生物处理的水质指标（氨氮、总氮等）不稳定甚至超标。

对于这种已经越来越成为污水厂季节性运行的困扰的问题，研究降雨对处理工艺的影响并制定有效的应对工艺措施，是污水处理厂近年来应对新的气候环境变化的首要工作。

针对这种气候环境的变化，需要从污水厂的污水来源和污水处理的核心部分分别进行判断其对污水处理的影响。首先来看污水厂的污水来源主要是城镇管网部分，污水处理厂完全依赖污水管道系统输送其需要处理的污水。在大多数城市地区，污水管道是重要的输送基础设施，收集来自居民区、商业区和部分工业区的污水，并将其输送到污水处理厂。由于城市管网建设的设计不同，这些污水管网也可能接收雨水，这些接纳的雨水可能是设计上的（比如设计为合流制污水系统中），也可能是暴雨期间通过地面径流和地下水位上升对城市老旧管网形成的渗漏和浸入等方式意外进入的。

当城镇污水厂在非雨季期间，城镇污水管道系统正常运行时，它们能为污水处理厂提供相对稳定且可预测的污水流量。然而，在暴雨和强对流天气期间，这种动态变化会随之改变。城镇的暴雨产生的地面径流会涌入污水管道，导致管道内的流量急剧增加。对于污水处理厂而言，这会导致水力负荷过重、进水中混着的泥沙量大不得已停止污水提升泵，导致处理过程中断以及污水稀释，从而增加处理难度。从这些方面来说，污水管网的运行状况直接影响着污水处理厂内部的运行环境。

而从污水厂的运行处理核心来看，暴雨和强对流天气带来的外部雨水增加也给污水处理带来一些问题：

1、污水提升量过大。在雨污合流制体系中，降雨会带来大量的雨水混入到污水管网内部，受到全球气候变化的因素，这些雨水量远远超出设计雨污合流体制采用的降雨量系数，某些时段甚至高于城镇居民的小时污水产生量，导致污水厂提升的污水中雨水比例远远高于污水量；即便在一些部分或者全部实现了雨污分离的排水系统中，城镇雨水也可能通过老旧的管道裂缝、连接不紧密的管道接口或污水管道的进水口降雨积水倒灌等途径渗入或溢流到污水管道中。在老旧或合流式污水系统中（雨水和污水共用管道），降雨会直接增加进入污水处理厂的污水量。无论哪种情况，暴雨期间污水处理厂的进水量都可能远高于晴天水平。例如，相关科学的研究表明，强降雨事件通常会导致进水量超过污水处理厂的处理能力，从而对处理性能产生不利影响。在晴天已接近满负荷运行的污水处理厂最容易超负荷运转。

2、暴雨期间污水厂提升的流量增加会导致两个问题的出现：水力负荷增加和污染物稀释。降雨带来的雨水比污水更清洁，污染物含量更低，大量雨水混入以后，稀释降低了水中的生化需氧量（BOD）、总悬浮固体（TSS）和营养物质的浓度。然而，初期雨水对社区地面，道路表面积存的进行冲洗进入到管网内，导致初期雨水中含有碎屑、油污等，这些含有高浓度的污染物初期雨水和管道内的污水混合以后，会造成降雨初期进水的总污染物负荷（单位时间内的质量）保持较高的浓度，甚至会增加。综合这种因素，在暴雨期间出现污水厂峰值流量时，污水中仍然携带大量的有机污染物，这可能会使生物处理和深度的固液分离过程不堪重负。实际上，污水处理厂会遇到流量和负荷的短期激增（有时甚至翻倍或更多），污水厂的运维人员必须在处理能力和处理效率之间做出权衡，并且这种决策很可能会影响到后续的工艺运行的稳定性。

3、暴雨带来的一个关键影响是设置超越管路的强制旁路排放。如果城镇污水处理厂及其污水收集和输送管网无法应对暴雨带来的激增污水，则可能在管路中或者末端需要设置溢流口，将多余的雨污合流的污水未经处理直接排放，以防止上游污水倒灌或引发洪水。采用合流制管网系统的城市通常会出于这个原因设置溢流设施。在一些城的洪灾中，随着洪水消退，洪水中的垃圾和污水将达到峰值，因为家庭卫生系统在洪水中根本无法运行。在城市运行的案例中，如果基础排水设施不足，暴雨和强对流天气下的雨水可能污水处理会使位于城镇某个区域最低点的污水厂变成防洪系统的一部分，起到排涝泵站的作用。