污水厂溢流污水处理工艺技术探讨
慧聪水工业网溢流污染与水环境改善的矛盾日益突出
近年来国家对环境治理高度重视，从资金、技术、法规和政策各方面提供大力支持，有力地推进了水环境治理的步伐和进程，城市排水管网和污水处理能力大幅度提升，污水排放标准不断提高。但城市水环境质量恶化速度并未从根本上遏制，整体水环境质量仍然与人民群众的要求有很大差距。
究其原因，主要是排水系统规划或实施不到位导致的污水未收集或收集后溢流污水没有处理，造成了直排、水资源短缺降低水体的自然净化能力、排水系统没有统一管理等方面的问题，致使水生态系统破坏，水环境质量恶化。
在国家建设生态文明总目标和流域综合治理理念的指导下，污染治理的考核目标已从传统的污水达标排放重新定义为水环境质量的综合改善，治理的着力点从污水厂处理能力变为受纳水体的环境容量，治理的方式从单一的点源处理变为以受纳水体为基础的点源、面源和内源相结合的统筹处理。
随着管网建设和污水处理率的大幅度提高，点源污染基本得到有效控制，雨水径流带来的非点源污染已成为水体污染的主要因素（初步估算，城区雨水径流污染占水体污染负荷的比例，目前在北京和上海约占10%-20%左右）。由于径流污染物输送的非连续性和爆发性，其污染负荷所占比例在雨季会短时段内成倍升高，超过点源污染，对城市水体造成冲击性影响，严重制约城市水环境质量的彻底改善。因此，对溢流污染进行调研分析，因地制宜采取有效手段对其进行控制与处理，最大限度的消减溢流污染物对水环境质量的提升具有重要意义。
溢流污水的来源和典型特征
1.溢流污水的来源
污水溢流是指水量超过污水设施的运输或处理能力，导致污水系统运行水位过高，污水通过系统溢流设计外溢直接排放。对于合流制管网系统，污水和雨水采用同一管网，雨季会发生污水溢流；对于分流制系统，由于管网漏损导致的外渗水进入，当进水总量超出污水设施的接收能力时污水通过溢流排出污水系统。
除管网收集系统的原因，在污水收集处理设施的规划和设计中，厂、站、网三项中一项或几项标准偏低、能力不够、或建设时序落后；厂网分离，职责不清、机制不顺；突发事故下（如断电、设备故障、检修、设施受损等）也会发生污水设施污水溢流。
2.溢流污水的典型特性
对于国内使用最多的合流制排水管网系统，可能收集了包括生活污水、工业污水、雨水、河水、地下水等不同性质的水体，以及晴天时形成的腐烂的沟道底泥。因此污水中含有大量的污染物，主要包括:有机物、营养盐、SS、致病微生物、其它有毒有害物质如重金属、含氯有机物等。污染物的含量也因各种水量比例的不同而不同。
对于特定地区和时段的混合污水，由于其它水体的水量水质相对稳定，混合污水的特性受雨水的影响最大，混合污水的特性主要表现为：
受降雨过程中雨量的变化影响，流量变化大；
受气候、降雨量、下垫面的影响，污染物的性质和浓度变化大，初期效应明显，初期雨水的SS、COD是后期的几倍或更高；
混合污水的整体污染浓度较低。因外渗水多为非污水，除暴雨初期以外，混合污水的整体污染浓度较低，一些城镇污水处理厂进水COD不足200mg/L，有些甚至低于100mg/L，远低于常规生活污水300-500mg/L的正常值。
对国内溢流污水的调研中也发现，溢流污水中悬浮颗粒物浓度较高、浊度较大、组分较复杂，并且多在雨天产生，故其排放具有间歇性、突发性和随机性等特点。
污水厂溢流污水常用处理技术
确保被截留的混合污水能够进行处理对于污染物总量的削减具有重要意义，但国内的大部分污水处理厂并没有充分考虑对雨天大幅增加的合流污水的处理，导致大量截流污水直接排放。
欧美发达国家对溢流污染处理研究较早，应用较多，总结出不少适用成熟技术。目前常用的提高污水处理厂溢流污水处理能力的技术有以下几种：
1）调蓄池
污水处理厂设置调蓄池是为了与污水处理厂形成联动，针对的是截流管道中超过污水处理厂处理能力的合流污水。在降雨初期，小流量的雨污水进入主流程进行处理，当雨水流量增大时部分雨污混合水溢流进入调蓄池贮存，被贮存的这部分流量在晴天时返回主流程进行处理，这样含有大量污染物的初期雨水可避免直接排入水体。
调蓄池是设计比较成熟，实施和见效较快的技术，在美国、德国、日本等发达国家已广泛使用。但是调蓄池需要占用较大的空间，建设费用较高，因此适度的规模设计是关键，否则难以保证处理效果和投资的合理性。
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2）旋流分离
旋流分离通过拦截、高速旋转离心分离的作用将部分固体悬浮物沉入到分流器底部形成固液分离，使得排水的杂物减少，一定程度上去除水体中的COD和SS。旋流分离对溢流污水中>200μm的粗砂和悬浮物的去除率可达95%,对TSS的去除率可达30%以上。
旋流分离具有占地面积小、投资和运行成本低、运行维护方便、处理能力大的优点。也存在去除效率低，对污染物总量削减有限的不足。
3）一级强化处理
沉淀是污水处理中最广泛使用的工艺，主要用于去除水中的悬浮物、浊度以及颗粒态有机物等污染物。加载高效沉淀系统（高密度、加砂沉淀、磁混凝等）通过投加药剂和载体，斜管辅助分离等方式提高了分离效率和效果，具有启动速度快、抗冲击能力强、去除效率高和占地面积小的优点，非常适合于雨水冲击下的溢流污水处理。加载高效澄清池作为一级强化处理不仅在欧美等发达国家的溢流污染处理中成为主流，在国内的昆明、广州、上海等地也已有不少大规模应用的实践。
加载高效沉淀作为一级强化对溢流污水的处理效果非常显著，一般情况下对悬浮物、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。实践证明在各类加载高效沉淀系统的一级强化应用中，较大粒径载体（石英砂、矿砂等）比较小粒径载体（磁粉等）的上升流速、启动速度和处理效果更有优势。
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单独设置溢流污水一级强化处理设施存在投资过大、旱季闲置的问题，设计中考虑旱季用于深度处理、雨季用于溢流污水处理的“双重应用模式”显得更加灵活、经济和高效。
4）二级生物处理
根据雨季合流污水的水质水量特性、充分发挥现有生化构筑物的潜力，最大限度的消减排入水体的污染物在发达国家已有很成熟的研究和实践应用。多点进水通过沿程分点配水的方式实现了雨季峰值处理流量的大幅提升，出水指标如BOD5、SS、NH3-N、TP等达到了当地的环保排放标准，在美国已有大量的应用。日本广泛应用的3W雨水处理技术也是多点进水的一种形式；北欧应用较多的侧流活性污泥工艺将生物吸附、污泥再生和多点进水相结合，既实现了雨季峰值流量的高污染物的削减，又实现了旱季强化脱氮除磷，模式切换方便，出水稳定可靠。
近年来，将活性污泥快速吸附和高效沉淀分离技术相结合应用于溢流污水处理的效果得到验证，Veolia的BioActiflo将溢流污水通过快速生物吸附池吸附后进行加沙沉淀分离，相比常规的一级强化处理工艺，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显的提高。Evoqua的BioMag通过在生物系统中投加载体，形成高浓度可快速分离的活性污泥，极大的提升了生物处理能力，雨季3倍以上流量全生物处理的成功应用案例也有报道。
由于国内污水处理厂普遍存在实际处理污染负荷远低于设计负荷的现象，在二沉池前投加高效的纳米絮凝剂来提升二沉池的分离能力，可大幅度提高生化处理流量。其处理效果已在北京、太原的一些项目中得到印证。这种处理方式在应对雨季峰值流量处理时具有使用方便、见效快、成本低的优势。
5）消毒
混合污水中含有大量的病原性细菌、肠道病毒和蠕虫卵等，这些病原体会通过水体传播较多的疾病，如不经消毒处理排入水体,会成为威胁城市居民健康的隐患。
常用的混合溢流污水的消毒方式有氯消毒、臭氧消毒、紫外消毒等，其中氯消毒因运行工艺简单、有持续消毒功能，且一次性投资较低等优点而应用较多。
污水厂溢流污染物处理的工艺路线设计
确保能够对进入污水厂的所有污水进行最大限度的处理对于污染物总量削减和水环境综合治理具有重要意义。
针对输送到污水处理厂的污水，分析水质和水量变化特性，考虑受纳水体水环境容量的接受程度，以最大限度削减污染物为目标，选用具有抗负荷冲击能力较强，生物依耐性较低，投资和运行费用较低的工艺技术是污水处理厂溢流污水处理的基本原则。结合国内外的处理经验，建议如下具有效果保障的工艺路线组合：
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根据混合污水的进水量，设置灵活的运行调节模式达到最大限度的污染物削减的目的：
1）进水污水量小于2倍设计流量时，如混合污水的有机污染物浓度低于设计峰值污染浓度的50%，且加载澄清深度处理的上升流速不高于30m/h,在二沉池前投加纳米絮凝剂，可保障所有的混合污水都能经过二级处理和三级处理，处理出水可满足原设计排放标准。
2）进水流量为设计流量的2-3倍时，将2倍流量进行纳米絮凝剂辅助的二级处理后进行过滤消毒处理，剩余流量通过生物吸附后进行加载澄清分离，澄清出水消毒后排放，SS、TP、BOD的去除率均可大于85%。
3）进水流量为设计流量的3-4倍时，将2倍流量进行纳米絮凝剂辅助的二级处理后直接进行过滤消毒处理，0.5倍设计流量通过生物吸附加载澄清（一半数量），剩余流量直接进入其它加载澄清分离，澄清出水消毒后排放。
4）进水流量为设计流量的4-5倍时，将2倍流量进行纳米絮凝剂辅助的二级处理后直接进行消毒处理，剩余污水进入加载澄清，澄清出水消毒后排放，SS、TP的去除率可大于80%。
各种水量条件下的运行模式汇总如下：
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结束语
污水厂溢流污水处理是当前改善水环境质量的重要组成部分，应着眼于整个污染的产生、输送和处理系统，以污染物削减总量为控制目标进行系统规划和执行。
借鉴欧美发达国家污水厂溢流污水处理的实践经验，针对我国不同地区的实际情况，开发适合各地具体情况的溢流污染控制处理技术，以最经济合理的方式最大限度的减少排入受纳水体的污染物，对城市水环境治理的提升具有重要意义。
