汙水廠溢流汙水處理工藝技術探討

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北極星水處理網訊：

溢流汙染與水環境改善的矛盾日益突出

近年來國家對環境治理高度重視，從資金、技術、法規和政策各方面提供大力支援，有力地推進了水環境治理的步伐和程序，城市排水管網和汙水處理能力大幅度提升，汙水排放標準不斷提高。但城市水環境質量惡化速度並未從根本上遏制，整體水環境質量仍然與人民群眾的要求有很大差距。

究其原因，主要是排水系統規劃或實施不到位導致的汙水未收集或收集後溢流汙水沒有處理，造成了直排、水資源短缺降低水體的自然淨化能力、排水系統沒有統一管理等方面的問題，致使水生態系統破壞，水環境質量惡化。

在國家建設生態文明總目標和流域綜合治理理念的指導下，汙染治理的考核目標已從傳統的汙水達標排放重新定義為水環境質量的綜合改善，治理的著力點從汙水廠處理能力變為受納水體的環境容量，治理的方式從單一的點源處理變為以受納水體為基礎的點源、面源和內源相結合的統籌處理。

隨著管網建設和汙水處理率的大幅度提高，點源汙染基本得到有效控制，雨水徑流帶來的非點源汙染已成為水體汙染的主要因素（初步估算，城區雨水徑流汙染佔水體汙染負荷的比例，目前在北京和上海約佔10 %-20%左右）。由於徑流汙染物輸送的非連續性和爆發性，其汙染負荷所佔比例在雨季會短時段內成倍升高，超過點源汙染，對城市水體造成衝擊性影響，嚴重製約城市水環境質量的徹底改善。因此，對溢流汙染進行調研分析，因地制宜採取有效手段對其進行控制與處理，最大限度的消減溢流汙染物對水環境質量的提升具有重要意義。

溢流汙水的來源和典型特徵

1. 溢流汙水的來源

汙水溢流是指水量超過汙水設施的運輸或處理能力，導致汙水系統執行水位過高，汙水透過系統溢流設計外溢直接排放。對於合流制管網系統，汙水和雨水採用同一管網，雨季會發生汙水溢流；對於分流制系統，由於管網漏損導致的外滲水進入，當進水總量超出汙水設施的接收能力時汙水透過溢流排出汙水系統。

除管網收集系統的原因，在汙水收集處理設施的規劃和設計中，廠、站、網三項中一項或幾項標準偏低、能力不夠、或建設時序落後；廠網分離，職責不清、機制不順；突發事故下（如斷電、裝置故障、檢修、設施受損等）也會發生汙水設施汙水溢流。

2. 溢流汙水的典型特性

對於國內使用最多的合流制排水管網系統，可能收集了包括生活汙水、工業汙水、雨水、河水、地下水等不同性質的水體，以及晴天時形成的腐爛的溝道底泥。因此汙水中含有大量的汙染物，主要包括： 有機物、營養鹽、SS、致病微生物、其它有毒有害物質如重金屬、含氯有機物等。汙染物的含量也因各種水量比例的不同而不同。

對於特定地區和時段的混合汙水，由於其它水體的水量水質相對穩定，混合汙水的特性受雨水的影響最大，混合汙水的特性主要表現為：

受降雨過程中雨量的變化影響，流量變化大；

受氣候、降雨量、下墊面的影響，汙染物的性質和濃度變化大，初期效應明顯，初期雨水的SS、COD是後期的幾倍或更高；

混合汙水的整體汙染濃度較低。因外滲水多為非汙水，除暴雨初期以外，混合汙水的整體汙染濃度較低，一些城鎮汙水處理廠進水COD不足200 mg/L，有些甚至低於100 mg/L，遠低於常規生活汙水300-500 mg/L的正常值。

對國內溢流汙水的調研中也發現，溢流汙水中懸浮顆粒物濃度較高、濁度較大、組分較複雜，並且多在雨天產生，故其排放具有間歇性、突發性和隨機性等特點。

汙水廠溢流汙水常用處理技術

確保被截留的混合汙水能夠進行處理對於汙染物總量的削減具有重要意義，但國內的大部分汙水處理廠並沒有充分考慮對雨天大幅增加的合流汙水的處理，導致大量截流汙水直接排放。

歐美髮達國家對溢流汙染處理研究較早，應用較多，總結出不少適用成熟技術。目前常用的提高汙水處理廠溢流汙水處理能力的技術有以下幾種：

1）調蓄池

汙水處理廠設定調蓄池是為了與汙水處理廠形成聯動，針對的是截流管道中超過汙水處理廠處理能力的合流汙水。在降雨初期，小流量的雨汙水進入主流程進行處理，當雨水流量增大時部分雨汙混合水溢流進入調蓄池貯存，被貯存的這部分流量在晴天時返回主流程進行處理，這樣含有大量汙染物的初期雨水可避免直接排入水體。

調蓄池是設計比較成熟，實施和見效較快的技術，在美國、德國、日本等發達國家已廣泛使用。但是調蓄池需要佔用較大的空間，建設費用較高，因此適度的規模設計是關鍵，否則難以保證處理效果和投資的合理性。

2）旋流分離

旋流分離透過攔截、高速旋轉離心分離的作用將部分固體懸浮物沉入到分流器底部形成固液分離，使得排水的雜物減少，一定程度上去除水體中的COD和SS。旋流分離對溢流汙水中>200μm的粗砂和懸浮物的去除率可達95%， 對TSS的去除率可達30%以上。

旋流分離具有佔地面積小、投資和執行成本低、執行維護方便、處理能力大的優點。也存在去除效率低，對汙染物總量削減有限的不足。

3）一級強化處理

沉澱是汙水處理中最廣泛使用的工藝，主要用於去除水中的懸浮物、濁度以及顆粒態有機物等汙染物。載入高效沉澱系統（高密度、加砂沉澱、磁混凝等）透過投加藥劑和載體，斜管輔助分離等方式提高了分離效率和效果，具有啟動速度快、抗衝擊能力強、去除效率高和佔地面積小的優點，非常適合於雨水衝擊下的溢流汙水處理。載入高效澄清池作為一級強化處理不僅在歐美等發達國家的溢流汙染處理中成為主流，在國內的昆明、廣州、上海等地也已有不少大規模應用的實踐。

載入高效沉澱作為一級強化對溢流汙水的處理效果非常顯著，一般情況下對懸浮物、TP的去除率>85%，COD的去除率40-70%，BOD的去除率30-50%，TN的去除率也有20%左右。實踐證明在各類載入高效沉澱系統的一級強化應用中， 較大粒徑載體（石英砂、礦砂等）比較小粒徑載體（磁粉等）的上升流速、啟動速度和處理效果更有優勢。

單獨設定溢流汙水一級強化處理設施存在投資過大、旱季閒置的問題，設計中考慮旱季用於深度處理、雨季用於溢流汙水處理的“雙重應用模式”顯得更加靈活、經濟和高效。

4）二級生物處理

根據雨季合流汙水的水質水量特性、充分發揮現有生化構築物的潛力，最大限度的消減排入水體的汙染物在發達國家已有很成熟的研究和實踐應用。多點進水透過沿程分點配水的方式實現了雨季峰值處理流量的大幅提升，出水指標如BOD5、SS、NH3-N、TP等達到了當地的環保排放標準，在美國已有大量的應用。日本廣泛應用的3W雨水處理技術也是多點進水的一種形式；北歐應用較多的側流活性汙泥工藝將生物吸附、汙泥再生和多點進水相結合，既實現了雨季峰值流量的高汙染物的削減，又實現了旱季強化脫氮除磷，模式切換方便，出水穩定可靠。

近年來，將活性汙泥快速吸附和高效沉澱分離技術相結合應用於溢流汙水處理的效果得到驗證，Veolia的BioActiflo將溢流汙水透過快速生物吸附池吸附後進行加沙沉澱分離，相比常規的一級強化處理工藝，BOD的去除效率可大幅提升到90%左右，COD、SS、色度和氨氮的去除率也有明顯的提高。Evoqua的BioMag透過在生物系統中投載入體，形成高濃度可快速分離的活性汙泥，極大的提升了生物處理能力，雨季3倍以上流量全生物處理的成功應用案例也有報道。

由於國內汙水處理廠普遍存在實際處理汙染負荷遠低於設計負荷的現象，在二沉池前投加高效的奈米絮凝劑來提升二沉池的分離能力，可大幅度提高生化處理流量。其處理效果已在北京、太原的一些專案中得到印證。這種處理方式在應對雨季峰值流量處理時具有使用方便、見效快、成本低的優勢。

5）消毒

混合汙水中含有大量的病原性細菌、腸道病毒和蠕蟲卵等，這些病原體會透過水體傳播較多的疾病，如不經消毒處理排入水體， 會成為威脅城市居民健康的隱患。

常用的混合溢流汙水的消毒方式有氯消毒、臭氧消毒、紫外消毒等，其中氯消毒因執行工藝簡單、有持續消毒功能，且一次性投資較低等優點而應用較多。

汙水廠溢流汙染物處理的工藝路線設計

確保能夠對進入汙水廠的所有汙水進行最大限度的處理對於汙染物總量削減和水環境綜合治理具有重要意義。

針對輸送到汙水處理廠的汙水，分析水質和水量變化特性，考慮受納水體水環境容量的接受程度，以最大限度削減汙染物為目標，選用具有抗負荷衝擊能力較強，生物依耐性較低，投資和執行費用較低的工藝技術是汙水處理廠溢流汙水處理的基本原則。結合國內外的處理經驗，建議如下具有效果保障的工藝路線組合：

根據混合汙水的進水量，設定靈活的執行調節模式達到最大限度的汙染物削減的目的：

1）進水汙水量小於2倍設計流量時，如混合汙水的有機汙染物濃度低於設計峰值汙染濃度的50%，且載入澄清深度處理的上升流速不高於30m/h， 在二沉池前投迦納米絮凝劑，可保障所有的混合汙水都能經過二級處理和三級處理，處理出水可滿足原設計排放標準。

2）進水流量為設計流量的2-3倍時，將2倍流量進行奈米絮凝劑輔助的二級處理後進行過濾消毒處理，剩餘流量透過生物吸附後進行載入澄清分離，澄清出水消毒後排放，SS、TP、BOD的去除率均可大於85%。

3）進水流量為設計流量的3-4倍時，將2倍流量進行奈米絮凝劑輔助的二級處理後直接進行過濾消毒處理，0。5倍設計流量透過生物吸附載入澄清（一半數量），剩餘流量直接進入其它載入澄清分離，澄清出水消毒後排放。

4）進水流量為設計流量的4-5倍時，將2倍流量進行奈米絮凝劑輔助的二級處理後直接進行消毒處理，剩餘汙水進入載入澄清，澄清出水消毒後排放，SS、TP的去除率可大於80%。

各種水量條件下的執行模式彙總如下：

結束語

汙水廠溢流汙水處理是當前改善水環境質量的重要組成部分，應著眼於整個汙染的產生、輸送和處理系統，以汙染物削減總量為控制目標進行系統規劃和執行。

借鑑歐美髮達國家汙水廠溢流汙水處理的實踐經驗，針對我國不同地區的實際情況，開發適合各地具體情況的溢流汙染控制處理技術，以最經濟合理的方式最大限度的減少排入受納水體的汙染物，對城市水環境治理的提升具有重要意義。

原標題：JIEI｜華英豪：汙水廠溢流汙水處理工藝技術探討

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