降雨气候环境影响与污水处理的应对策略（下）

降雨气候环境影响与污水处理的应对策略（下）

面对气候条件的变化，污水厂运营人员已经明确在未来的时间内，降雨和城镇污水管网带来的雨季期间运行的“不可抗力”将成为常态化的雨季运行问题，在常态化的雨季气候环境条件下，污水厂不能简单的等待环境的变化，而是需要调整固有的运行思维，建立一套针对雨季的弹性控制策略。

1.思维转变：雨季反而要“低浓度”运行

在传统观念里，为了抗冲击，大家习惯提高污泥浓度（MLSS）。但在雨季大流量工况下，这个逻辑可能需要反过来。雨季的冲击的特点是有机负荷低，水力负荷高，这种情况下必须采取与冬季运行不同的运行工况的调节。

二沉池的固液分离能力是系统的瓶颈。当水力负荷增大，如果维持高MLSS，进入二沉池的固体通量（就会超限，泥水分界面会迅速上升，最终导致跑泥。虽然现阶段的污水厂设计的采用的保险系数不断提高，但是这个系数只是在池体容积上增加一定的系数，能保障一定的超负荷的水量通过，并不能提高二沉池的高固体通量（也就是高混合液污泥浓度），为了夏季的水力负荷增加的问题，提高污泥浓度显然是不可行的，特别是实际的进水浓度稀释程度往往比水量增加的程度要大很多，仅仅考虑大水量运行而忽略沉淀池的固体通量问题，会造成活性污泥在雨季的气候环境条件下发生流失，同时过低的有机负荷也会使活性污泥中的微生物缺少营养，导致微生物出现内源呼吸，最终导致活性污泥浓度不断下降，继而出现系统处理能力崩溃。

这与前文提到长污泥龄的BNR工艺缓冲能力会有一定的冲突，这在于在雨季到来之前和雨季过程中的不同的操控模式，到来之前，应尽量保持一定的高浓度来应对冲击负荷，在雨季到来之后，要逐步控制低浓度来保障活性污泥的沉降通量和微生物本身的健康活性，从物理和生物机理上双重保障渡过雨季的气候环境条件。

污水厂在运行中需要通过积累运行数据来完善雨季的运行准备，比如关注中长期天气预报，收集相关的降雨量信息，被雨水稀释后进水污染物的浓度变化。在主汛期期间，主动加大排泥，将MLSS逐步控制在设计范围的生物脱氮除磷工艺的中下限（例如2500~3000mg/L）。“轻装上阵”，往往比“重装防御”更能适应大水量的冲击。但是需要注意的是在雨季结束后要采取积极的排泥措施，将降雨期间带来的大量无机物主动排出，促进新生的活性污泥生长，恢复活性污泥的正常进水浓度的处理能力。

2. 精准曝气：学会“做减法”

在雨季的气候条件下出现低负荷进水意味着活性污泥所降解的生物量减少，活性污泥系统消耗氧量降低，这期间，需要针对系统需氧量的变化，主动的控制曝气，主动的措施不仅仅是为了省电，更是为了保障活性污泥浓度不出现严重的内源呼吸，导致浓度下降。

运行人员需要打破“DO必须控制在2~4mg/L”的教条，针对不同的进水条件采取不同的控制参数，在雨季的环境条件下出现的进水有机物和氨氮不高的情况下，好氧池末端DO维持在1.0~1.5mg/L就足够硝化菌工作了，如果在生物池内安装了在线的氨氮检测仪，可以结合氨氮检测仪的数据在控制范围进行曝气量的控制，不需要一定严格按照固定的数值来进行工艺管理。

如果污水厂采用的是Bardenpho（巴顿甫）的五段法生物池，这种工艺中采用的是多段曝气，并且曝气区域足够大，停留时间也足够长，建议可以关闭好氧池前段的曝气装置，创造局部的缺氧/厌氧环境，既能利用有限的碳源进行反硝化，又能诱导微生物吸收胞外聚合物（EPS），改善絮凝性能。

3.必要的投入：碳源与助凝剂

污水厂的运行“七分管理，三分建设”，在雨季的环境的极端进水条件下，必须要依靠针对性的工艺管理手段来弥补建设期间留下的不足。

碳源补充：当进水BOD5极低，反硝化受阻，甚至聚磷菌开始释磷不畅时，适量投加乙酸钠等碳源是维持系统活性的“救命粮”。不用追求完全脱氮的理论投加量，这个时期进行的谈源头加更多的是维持微生物的基础代谢所需，可以在保持一定污泥浓度的条件下来进行碳源投加量的控制，由于雨水对进水的稀释程度不同，严重时会造成污泥浓度的严重下降，满足不了雨季过后恢复的进水浓度的处理所需的基础的污泥浓度，因此设定一个最低的污泥浓度，也是雨季运行期间作为系统保障的工艺内容之一，通过投加一定的碳源来保持最低的污泥浓度，可以减少系统在雨季过后的回复和重建时间，但是会产生一定的运行费用，如果有多种碳源渠道可以积极的利用，比如城镇化粪池内的粪水在雨季期间可以起到很好的营养补充的作用，污水厂通过处理这部分粪水也为城镇的污水收集系统减轻了负荷压力，为城镇排水系统提供良性的互动。

物理化学辅助：一旦发现二沉池泥位预警，在二沉池进水端投加20~30mg/L的 PAC（聚合氯化铝）是最有效的应急手段。它能迅速增加絮体密度，提高沉降比，如果配合投加一定比例的PAM（和PAC的比例为10:1），可以在短时间内把二沉池上浮的污泥层“压”下去，降低二沉池出水带泥的压力。污水厂需要针对不同的环境条件建立不同的应急管理措施，保障污水厂长期稳定的达标出水，这也是污水厂在长期运行需要建立的应急管理措施和应急准备，在经费上也要进行提供足够的保障。

充分利用内部缓冲与储存基质：在雨季的气候条件下，活性污泥在缺乏进水中的营养补给情况下，会进入“内源呼吸”的状态，“内源呼吸”是一种微生物在缺乏外部食物时消耗自身细胞物质维持生命活动的机制。除了内源呼吸消耗细胞物质以外，在现阶段污水厂通常采用生物脱氮除磷系统中，还有另一个更强大的内部缓冲机制，这个机制包含有两部分，能量和食物存储机制：

 

储存能量的机制：用于生物除磷的聚磷菌（PAOs）和用于脱氮的某些异养菌，会在正常运行（有充足有机物）时将污染物（如挥发性脂肪酸 VFA）作为聚合物（如聚-β-羟基丁酸酯 PHB/PHA）储存在细胞内。

雨季的“食物储备机制”：当雨水导致进水稀释（外部食物浓度低）时，这些微生物可以迅速切换模式，消耗细胞内储存的这些内部基质来进行代谢和维持活性，而不是完全依赖外部进水，从而有效地度过了稀释冲击期。

从这个机制可以充分利用生物脱氮除磷工艺的优势，来应对雨季气候条件，提高污水厂的雨季应对能力。

外部措施：雨季气候条件下外部综合管理策略

有效的雨季气候条件下外部的管理是污水厂的管理人员无法控制的，更多的是城市管理部门比如市政和城建/管部门进行，这里结合相关的资料进行一些简单的探讨，外部治理措施需要结合源头控制、管网修复和末端处理进行全面的综合方案来进行。     

1、源头与管网控制策略

雨污分流：最终的治本之策，将雨水径流与生活污水彻底分离，从根本上消除雨天污水溢流和污水直排的现象。

入流/渗入治理：针对现有管网缺陷（裂缝、非法接驳），采用非开挖修复等技术，减少雨水通过管网进入污水收集系统。

分散式调蓄与海绵建设：采用低影响开发和绿色基础设施手段（如雨水花园、透水铺装、分散式收集池），在雨水径流汇入管网前进行滞留、渗透和净化，削减流量峰值。

 

2、末端集中式处理策略

大型调蓄设施：在合流制地区建设深层隧道或大型调蓄水池，用于临时储存混合污水，待雨势减弱后再泵送至处理厂进行处理。

溢流快速处理：对不可避免的溢流，进行快速沉淀、絮凝和消毒等简易处理，以降低病原体和污染物负荷，减少对水体的直接危害。

雨污合流问题不仅仅在中国，在全球也成为城市管理部门重点关注和急需解决的问题，降雨事件对污水厂的运行构成严峻的水力负荷和环境风险。应对这一挑战需要一个综合的、多层次的管理体系：

 

1.工艺层面：污水厂应将升级现有处理系统至生物的BNR等强化工艺，优化污泥龄和运行负荷，增强工艺的内在韧性。

2.管理层面：加速老旧城市管网的渗漏和破损治理和雨污分流改造，采用分散式调蓄手段削减峰值流量。

3.政策层面：鼓励从单一的末端合规治理，向结合城市整体规划的源头可持续管理（如海绵城市）转型。

未来，随着气候变化导致极端降雨事件的常态化，将绿色基础设施与必要的城市灰色基础设施有机结合，形成“灰绿结合”的综合雨污治理系统，将是城市在新的雨季气候条件下的保障水环境安全和实现可持续发展的必然趋势。