降雨量对污水处理一体化设施运行效果的影响研究

池丽萍

（广东省环境科学研究院，广州 510045）

传统的污水处理系统存在较多的处理单元，各处理单元分别设置，其基建设备的占地面积和投资较大。污水处理一体化工艺可以对各单元构筑物进行有效组建，实现成本和占地面积均降低的效果。当前，污水处理一体化工艺已有广泛应用，如序批式活性污泥法（SBR）、厌氧-缺氧-好氧法（AAO）、膜生物反应器（MBR）等[1]，污水处理一体化设施在农村[2]或临时性污水处理[3]中具有广泛的适应性和应用性。污水处理一体化设施作为污水处理的终端，运行的稳定性受到前端设备的影响，雨污合流管网下，雨水带来的冲击使污水处理设施在雨季运行难度加大。现有研究大多关注污水处理一体化设施的设备研发及应用场景拓展[2-4]，对实际运行效果的影响因素研究较少。因此，本文以2021年10月至2022年12月为研究期，分析不同降雨情况下23 座污水处理一体化设施的进水水量水质及运行效果变化，探索降雨量对一体化设施运行的影响规律。

1 数据与方法

广东省某城市雨污分流尚不完善，其通过建设23 座一体化设施对城区污水处理能力进行有效补充。23 座污水处理一体化设施的设计处理规模介于0.01～2.00 万t/d，总处理能力为10.64 万t/d，主要处理工艺为AAO 和MBR，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A 标准及《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）的第二时段一级标准较严值。

降雨量数据来自当地气象站。根据《降水量等级》（GB/T 28592—2012），不同强度的雨日降雨量（P）存在差异。若0.1 mm ≤P＜10.0 mm，则雨日为小雨日；若10.0 mm ≤P＜25 mm，则雨日为中雨日；若25.0 mm ≤P＜50.0 mm，则雨日为大雨日；若50.0 mm ≤P＜100.0 mm，则雨日为暴雨日；若100.0 mm ≤P＜250.0 mm，则雨日为大暴雨日；若P≥250.0 mm，则雨日为特大暴雨日。本研究定义月降雨量小于30 mm 的为降雨较少月份（简称雨少月），月降雨量大于300 mm 为降雨较多月份（简称雨多月）。根据气象站数据，2021年10月至2022年12月的月降雨量（共15 个月）依次为346.0 mm、0.0 mm、42.5 mm、24.0 mm、224.0 mm、102.5 mm、26.0 mm、374.0 mm、344.5.0 mm、226.0 mm、222.5 mm、38.0 mm、8.0 mm、101.5 mm 和21.5 mm，则2022年1月、4月、10月、12月和2021年11月为雨少月，2022年5月、6月和2021年10月为雨多月。

分析2021年10月至2022年12月不同降雨量下污水处理设施的进水处理负荷、进水CODCr和进水氨氮浓度，探究降雨对污水处理设施运行带来的冲击，讨论不同降雨情况下污水处理设施的出水CODCr、出水氨氮浓度、CODCr削减量和氨氮削减量，研究降雨量对污水处理一体化设施运行效果的影响。

2 结果与分析

2.1 进水处理负荷与降雨量的关系分析

23 座污水处理一体化设施进水处理负荷的变化趋势与降雨量变化趋势趋同，如图1所示。2022年5—7月降雨较为丰沛时，23 座污水处理一体化设施的进水负荷均值为106.6%，2021年11月、2022年9月、2022年12月降雨较为稀少时，进水负荷均值为86.0%。雨多月进水处理负荷较雨少月高10.3%。降雨量与进水处理负荷呈正相关，原因可能是雨水通过雨污合流管网进入污水处理设施[5]。

2.2 进出水浓度与降雨量的关系分析

23 座污水处理一体化设施进水CODCr和氨氮浓度的变化趋势与降雨量变化趋势趋同，如图2、图3所示。2022年5—8月降雨量较大，污水处理设施进水CODCr和氨氮浓度较大（CODCr均值156 mg/L，氨氮均值23.6 mg/L）；2021年11月至2022年1月的降雨量较少，污水处理设施进水CODCr和氨氮浓度较低（CODCr143 mg/L，氨氮22.4 mg/L）。雨多月进水CODCr和氨氮浓度分别较雨少月高10 mg/L、0.4 mg/L，即降雨量丰沛时，污水处理一体化设施进水CODCr和氨氮浓度更高。

图2 进出水CODCr 浓度与降雨量变化趋势

图3 进出水氨氮浓度与降雨量变化趋势

23 座污水处理一体化设施出水CODCr和氨氮浓度的变化趋势与降雨量变化趋势相关性不明显。如图2 和图3所示，2021年10月至2022年12月，23 座污水处理一体化设施出水CODCr月均值范围为21 mg/L±1 mg/L，出水氨氮浓度月均值范围为0.98 mg/L±0.15 mg/L，可见出水CODCr和氨氮浓度较为稳定且均达到排放标准，即降雨量对出水CODCr和氨氮的影响较小。降雨量与污水处理一体化设施进水CODCr和氨氮浓度变化趋势呈正相关，原因可能是雨水径流冲刷、聚集地面污染物质并通过排水系统进入污水处理设施，降雨促使雨污合流污水管网流速增大，冲刷管内沉积淤泥，导致污水浓度进一步增大。

2.3 CODCr 和氨氮削减量分析

23 座污水处理一体化设施的CODCr削减量、氨氮削减量的变化趋势与降雨量变化趋势趋同，如图4所示。2022年5—8月降雨量较为丰沛时，23 座污水处理一体化设施的CODCr削减量均值为0.74 t/d，2021年11月至2022年4月降雨较为稀少时，CODCr削减量均值为0.63 t/d，雨多月CODCr和氨氮削减量均值分别较雨少月高0.09 t/d、0.02 t/d。降雨丰沛时，污水处理设施的CODCr和氨氮削减量较高，处理效能更高。

图4 CODCr 和氨氮处理效能与降雨量变化趋势

3 结论

污水处理一体化设施的进水水质水量及处理效能与降雨量呈正相关。水量方面，23 座污水处理一体化设施进水处理负荷的变化趋势与降雨量变化趋势趋同。进水水质方面，23 座污水处理一体化设施进水CODCr和氨氮浓度的变化趋势与降雨量变化趋势一致。处理效果方面，23 座污水处理一体化设施出水的CODCr和氨氮浓度受降雨量影响较小，污水处理一体化设施的CODCr削减量、氨氮削减量与降雨量呈正相关，降雨量较大时，污水处理一体化设施的减排效益更高。