随着我国城市化进程的加快，城市雨天溢流污染问题日益凸现，雨天溢流污水含大量污染物质，若未经有效处理直接排放水体，将严重破坏水环境并危及人体健康。根据上海市西干线雨天污水溢流的水质情况，研制一套采用强化絮凝+高效沉淀工艺的装置处理雨天溢流污水，对装置各单元的设计进行了介绍和分析，应用管道静态混合器取代传统混合池单元，设置导流筒强化反应池絮凝效果，增设斜管和悬浮填料提高沉淀池沉淀效率，采用fluent商业软件对装置沉淀单元流态进行模拟优化。现场搭建溢流污水中试处理装置，考察各种相关因素对其的影响，捕获不同雨型进行现场试验，验证装置处理效能。分别对旱流污水、小雨情况混接雨污水、中强降雨混接雨污水和暴雨溢流污水、梅雨持续雨天、冬春季节持续降雨等工况进行了试验研究，装置能较大幅度地削减SS、TP和COD等各项污染物，有效控制雨天溢流污水对水体的污染。处理暴雨条件下雨天溢流污水，SS、浊度、TP和COD平均去除率分别达到82％、79％、77％和69％以上，装置沉淀池表面水力负荷可达32m~3／h.m~2，为普通沉淀池表面水力负荷的10倍以上。分别考察装置污泥回流、沉淀池水力负荷和药剂投加点与出水水质的关系和影响，讨论底流排放措施、沉淀池设置斜管、管道混合器应用等各种措施对出水水质的改善情况。污泥回流在溢流污染控制中不建议采用，药剂最优投加点为反应池进水口部位，出水SS浓度随出水流速即沉淀池水力负荷的增加而上升，水质其他指标相应升高；装置底流排放措施是控制多余溢流污水的有效措施；沉淀池斜管的设置主要起整流和泥水分离作用；管道混合器取代传统混合池单元，减少了混合池设施及其搅拌设备，防止药剂投加过程携带或混入空气，有效控制了反应池和沉淀池出现浮渣，改善沉淀池出水水质。启动响应时间是溢流污水处理装置的重要指标，结合自主开发的溢流污水高效处理装置，研究了装置在不同启动方式下的响应时间及影响因素。研究表明，干式启动时装置响应时间达25～30min，响应时间内出水水质较差，浊度高达120NTU以上，SS浓度也在100mg/L以上；湿式启动运行时，装置响应时间为10min左右，响应时间内出水水质良好，出水浊度60NTU左右，SS浓度小于60mg/L。处理溢流污水时应采用湿式启动方式，以有效削减初期溢流污染。对斜管滤料沉淀池的处理功能进行了探讨，在斜管上部加设滤料，利用滤料层稳定水流，拦截絮体；实验表明，提高沉淀池水力负荷，沉淀池较难出现矾花跑冒现象，出水效果较好，出水稳定，该措施能有效提高了沉淀池的处理负荷。借助大型计算流体力学Fluent软件，采用标准κ-ε两方程湍流模型，对装置沉淀单元进行了数值模拟，发现目前运行的沉淀装置存在严重的回流区及其较大的死区。通过分析沉淀池中水流的运动规律，在沉淀池进水堰下方设置挡板，重新进行计算后表明，沉淀池流态较前模型合理，改善了沉淀池流态。开发的高效溢流污水处理装置启动快，处理负荷高，耐水力冲击，出水水质稳定；处理单元少，结构紧凑，占地面积小，运行操作简单；污泥可回流入污水管网，减少了污泥处理设施，可推广应用于国内多雨城市溢流污染控制中。