降雨气候环境影响与污水处理的应对策略（中）

降雨气候环境影响与污水处理的应对策略（中）

降雨的气候天气条件和污水厂在城镇排水系统中的地位，使得降雨问题成为污水厂在未来的运行中不得不认真面对的问题，这个问题需要从内部和外部的多个层面来进行分析和讨论。问题的解决不是简单的污水厂全责承担或者行政命令的简单执行来实现，需要一个系统性的方案，这中间包含技术和经济的综合考量，特别是需要真正的结合到各地区原本的排水系统现状。正因为这种复杂性，在短期内还没有特别完善和成功并适用和通配的方案可以利用。作为污水厂的运维管理人员还是需要做好厂内的降雨气候的环境条件的应对措施的技术探索。下面围绕降雨天气对污水厂的内外影响来进行讨论。

首先来分析季节性的降雨天气对污水厂处理工艺的量化影响与工艺韧性。

一、污水处理工艺的降雨量化影响

在非雨季，我国北方很多中小厂的进水COD通常维持在200~450mg/L之间的数值变化，但在雨季，由于老旧城区的雨污合流以及管网的破损渗漏，大量的城区内的雨水稀释了原水。通过一些污水厂的实测数据，在连续降雨期间，进水BOD5会出现低于40mg/L，COD低于100mg/L的浓度的水质情况，但是这个期间的污水厂进水流量却飙升至设计值的1.5倍以上。污水厂运维分析人员可以通过多年的数据对比，结合降雨季节的长短，评估厂内雨水造成的影响程度。

 

在这种工况下，污水厂接受的冲击不能仅看到是“水变稀了”，微生物处理压力降低。而是要看到真正的情况是，降雨带来的这种工况给污水厂的活性污泥系统带来了双重打击：

1.水力负荷过载：生化池的水力停留时间（HRT）被大幅压缩，二沉池的表面负荷超过了沉降极限。

2.有机负荷匮乏：进水带来的低F/M，导致活性污泥中的微生物从原有未被雨水稀释的污水的营养结构中进入到低浓度状态，微生物面临着严重的“碳源饥荒”。

这种状态如果持续一周以上，生物工艺的恶化导致出水超标往往是必然的结果。在出水超标之前，微生物已经通过一些表象的细节向工艺管理人员发出了异常信号：

1.污泥老化的泡沫

当食微比（F/M）长期低于0.05kgBOD5/kgMLSS·d时，微生物进入内源呼吸期。你会发现，好氧池表面开始堆积大量的土黄色、发虚的泡沫，甚至在死角处有灰黑色的浮渣，这其实是活性污泥在低负荷状态下，由于过度氧化而导致部分老化的活性污泥碎片附着在气泡上的表现。而随着降雨天气的持续，这种泡沫会转变为低浓度的发白泡沫，并且肉眼观察活性污泥絮凝体的状态也出现絮凝体细碎等现象。

2.难以控制的“细碎污泥”

在低负荷状态下，为了维持混合液悬浮状态和应对正常污水的水质浓度，污水厂运维人员往往习惯性地保持原有的曝气量，不会针对性的及时进行曝气量的调控。这导致好氧区末端DO经常高达5~6mg/L。高溶解氧配合大水量的水力剪切，会将本身已经缺乏营养的菌胶团打散。二沉池出水变得浑浊，对着光看，有大量细小的针尖状絮体随水流出。这往往是很多厂二沉池出水SS和TP上升，需要在深度处理单元投加更多的药剂来保证最终出水达标的根本原因。

这两个问题是降雨气候条件下带来的微生物的初期反应，随着降雨的持续，污水厂源源不断的接纳外部雨水的进入，最终会使活性污泥中的微生物大量老化，絮凝体结构松散，处理能力下降，严重的会导致出水水质的超标。

虽然从原理上能说明污水厂在降雨的气候条件下会出现异常的工况，但是很多污水厂也并没有采取足够及时的措施，但是污水厂也并没有出现很大的问题，这是由于采用生物处理工艺的活性污泥系统是有足够的韧性的，这个也是需要在做污水厂系统应对措施时充分考虑的重要因素。

 

二、活性污泥工艺的抗冲击韧性

活性污泥的处理工艺的“韧性”决定了其在高流量和稀释冲击下维持稳定出水水质的能力。通过对比研究，现有污水厂通常所采用的A2O工艺所具备的“生物脱氮除磷”（BNR）活性污泥系统被证明比传统二级处理系统具有更高的抗冲击性。

? 长污泥龄（SRT）的重要性：BNR工艺（尤其涉及硝化作用时）需要较长的污泥龄。长SRT确保了反应器中具有庞大且稳定的微生物总量（MLVSS）。当稀释导致进水污染物浓度降低时，高微生物总量能有效地补偿单个微生物反应速率的下降，从而维持稳定的污染物总去除负荷率。

? 水力缓冲空间：在一些地区采用的污水厂运行负荷“八分饱”的管理模式，使得污水厂运行低于设计容量，低水力负荷期间的BNR设施表现出最佳韧性。由于“八分饱”的系统预留的容量提供了必要的水力缓冲空间，可以吸收降雨天气下的峰值流量，防止水力停留时间（HRT）过度缩短，从而保护微生物处理过程不被水力冲垮。

 

? 生物储能机制：聚磷菌等微生物在正常运行时会储存内部基质（如PHB/PHA）。在稀释冲击时，微生物可以消耗这些内部食物储备来维持代谢活性，有效度过外部食物匮乏期。

在一些研究资料的对比中，处理工艺的“韧性”决定了处理厂能否在高流量和高负荷的冲击下，仍能保持稳定的出水水质。

       不同工艺的抗性对比

处理厂类型	运营状态	关键出水参数在雨季的变化	抗性结论
二级处理	运行在或超出设计容量	出水BOD  浓度显著增加，表明处理受损。	易受降雨影响，性能受损。
生物营养物去除系统(BNR)	运行低于设计容量	所有出水参数（BOD、TSS、NH3、TP 等）在旱季和雨季均无显著差异。	表现出极强的抗性。

该研究的总体结论是，与传统二级处理系统相比，BNR 系统能够更有效地应对峰值湿天气流。尤其是运行在设计容量以下的 BNR 设施，表现出最佳的适应能力。