長壽城市污水處理廠尾水對三峽水庫水質(zhì)影響的研究

向可翠，雷振宇，幸治國，鄧春光，任 虹

（1.重慶市開縣環(huán)境監(jiān)測站，重慶405499；2.重慶市開縣環(huán)境保護局，重慶405499；3.重慶市環(huán)境科學研究院，重慶401147；4.重慶市長壽區(qū)環(huán)境保護局，重慶404600）

三峽工程建成蓄水后，長江在三峽地區(qū)形成了一個集1 084km2、水面平均寬1 100m、平均水深90m、總庫容393億m3的人工水庫，175m蓄水期間江水流速在庫尾不足0.5m／s，在庫首和庫腹心區(qū)域平均流速約在0.05m／s［1］。由于水庫的建成改變了長江天然河道的屬性，導致其對污染物的自凈能力下降，排污口下游形成的污染帶范圍擴大，長江沿岸城鎮(zhèn)岸邊排污口，在入江負荷不變的情況下，勢必對庫區(qū)水質(zhì)產(chǎn)生更大的影響。

目前，國內(nèi)一些學者對污水排放對水質(zhì)的影響做了一些研究。如劉成等［2］對上海竹園和白龍港兩處污水排放口附近水域的水質(zhì)和底泥，與長江口水域進行比較，表明排污口附近局部水域氮、磷污染嚴重。方芳等［3］、袁曉燕等［4］對臨江生活污水排放對江水的影響做了研究，結(jié)果表明，污染物對排污口附近水域造成影響。周啟星等［5］對污染河流對受納湖灣水質(zhì)的影響做了研究，結(jié)果表明，污染問題會嚴重影響湖灣水質(zhì)。鄧春光等［1］對污水處理廠尾水對三峽水庫水質(zhì)的影響做了研究。本文通過對長壽城市污水處理廠尾水COD、氨氮（NH4－N）、總磷（TP）對長江水質(zhì)的影響做了分析，為摸清庫區(qū)污水處理廠出水對庫區(qū)水環(huán)境的影響提供了參考價值，對保護三峽庫區(qū)水資源與水環(huán)境具有重要意義。

1 采樣區(qū)域與采樣方法

1.1 采樣點位置

長壽城市污水處理廠位于長壽城區(qū)長江邊的余家灣，主要承擔城區(qū)鳳城鎮(zhèn)的城市污水處理。該廠污水設計處理能力為4萬噸／日，目前污水實際處理負荷已達設計處理能力的90%左右。處理工藝為改良型氧化溝。自2003年運行以來，出水水質(zhì)一直都比較穩(wěn)定。尾水經(jīng)小溪溝羊叉河進入長江。由于羊叉河匯流口下的長江河岸順直，又無碼頭船舶干擾，該水域是開展污染帶監(jiān)測的理想場地。

1.2 采樣點布設

河段污染帶水文、水質(zhì)同步觀測范圍從污水口上游400m至下游1 000m。在此范圍內(nèi)設置8個觀測斷面，分別按背景、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ進行編號，各斷面上測點的數(shù)量和位置主要根據(jù)長江水流條件，污染物的擴散規(guī)律和斷面距排污口距離不等距布設。每個斷面設6條采樣垂線，分別為A、B、C、D、E、F，其中A點為近岸垂線，F(xiàn)點為距岸最遠垂線，中間各垂線依次為B、C、D、E。考慮到蓄水期與非蓄水期水文條件不同，2010年10月15日入流背景斷面設在排口上游400m處，Ⅰ斷面距排污口上游140m，Ⅱ斷面距排污口上游40m；Ⅲ斷面距排污口0m，Ⅳ斷面距排污口60m，Ⅴ斷面距排污口150m，Ⅵ斷面距排污口300m，Ⅶ斷面距排污口600m；2010年12月28日入流背景斷面設在排口上游150m處，Ⅰ斷面距排污口上游0m，Ⅱ斷面距排污口上游30m，Ⅲ斷面距排污口80m，Ⅳ斷面距排污口180m，Ⅴ斷面距排污口300m，Ⅵ斷面距排污口600m，Ⅶ斷面距排污口1 000m。斷面布設見圖1。

1.3 測定指標及方法

本次監(jiān)測的水質(zhì)指標有：高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、NH4－N、TP。污水廠出水口負荷指標除了NH4－N、TP和江水監(jiān)測相同外，有機物指標用化學需氧量（CODCr）代替。采集的樣品保存和測定方法按《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第4版）［6］要求進行。

圖1 排污口污染帶觀測斷面布設示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)果分析

由表1可知，2010年10月15日和12月28日2個監(jiān)測時段污染帶測量區(qū)水的流速有顯著的不同。10月15日正處于三峽水庫175m蓄水期，盡管長江出庫流量因蓄水有所減小，但因上游來水量較大，通過長壽斷面的長江流量仍然有11 800m3／s，測量區(qū)表層流速為0.41～0.60m／s。12月28日正值長江枯水期，三峽水庫又處在175m高水位運行時段，在滿足三峽發(fā)電和下游航道需要的前提下，長江出庫流量受到限制，長壽斷面的流量只有4 200m3／s。在此情況下，測量區(qū)表層流速顯著減少，只有0.1～0.22m／s。監(jiān)測結(jié)果表明，水流速的變化對污染物的輸移會產(chǎn)生較大影響，直接影響污染帶的大小。

長壽污水處理廠自2003年投入運行后，污水處理負荷已達90%以上，出水水質(zhì)穩(wěn)定，從監(jiān)測結(jié)果看，排放口CODCr出水濃度19.10～49.20mg／L，NH4－N濃度2.25～14.60mg／L，TP濃度0.163～0.248mg／L，均達到城市污水處理廠出水標準。CODCr、NH4－N濃度12月28日比10月15日的監(jiān)測值高，這是由于水溫差別所致。2次污染帶監(jiān)測時的污染負荷比為12月28日CODCr、NH4－N比10月15日高0.47倍和2.48倍，而TP負荷前者比后者低0.7倍。見表2。

2.2 討論

2.2.1 10月15日（平水期）CODMn、NH4－N、TP濃度分布

10月15日，污染帶監(jiān)測時正值三峽水庫175m蓄水，據(jù)水文部門的報告，當時水庫水位正以20cm／d的速度上漲。背景斷面設在排污口上游400m處，采樣點的岸邊距20～350m，控制區(qū)內(nèi)長江入流的CODMn、NH4－N、TP背景平均濃度分別為1.65、0.184和0.210mg／L。監(jiān)測結(jié)果顯示，污水廠的尾水進入長江后，一方面受到水流的影響逐步向下游和橫向擴散，濃度逐漸降低，另一方面受蓄水影響，部分污水呈明顯的上溯擴展。CODMn、NH4－N向上擴展的距離近300m，TP向上擴展距離在200m左右。此外，水庫蓄水還增大了污水的橫向擴散距離。

表2 長壽城市污水處理廠尾水排放口污染負荷監(jiān)測結(jié)果

本文采用等值線法，將同等濃度的相同污染物進行連接，可勾畫出其監(jiān)測水域的濃度平面分布圖。如果以超過污染物背景濃度5%作為劃定超背景污染帶的標準，10月15日（平水期）長壽城市污水處理廠尾水排放口附近水域CODMn、NH4－N、TP超背景濃度5%的污染帶范圍見表3。

表3 2010年10月15日長壽城市污水處理廠尾水排放口區(qū)域各斷面超背景污染帶范圍

由表3可知，2010年10月15日三峽水庫175m蓄水期長壽城市污水處理廠尾水排放口附近區(qū)域出現(xiàn)的CODMn、NH4－N、TP超背景污染帶長分別達1 000、1 000、700m，超背景污染帶平均寬243、193、146m。由于CODMn、NH4－N入流背景濃度低（符合Ⅱ類水質(zhì)標準），濃度超過功能區(qū)（Ⅲ類）水質(zhì)標準的超標區(qū)域還局限在排污口附近一個比較小的范圍內(nèi)（羊叉河匯流口內(nèi)），超背景污染帶內(nèi)的絕大部分水域水質(zhì)仍滿足Ⅲ類水質(zhì)標準要求。由于TP入流背景濃度已達Ⅲ類水質(zhì)標準，受污水影響，超背景污染帶內(nèi)的大部分區(qū)域已屬超標（Ⅲ類）污染帶，長約600m，平均寬約105m。

2.2.2 12月28日（枯水期）CODMn、NH4－N、TP濃度分布

12月28日監(jiān)測時，水庫處在175m高水位運行期。長壽斷面長江流量為4 200m3／s，污水進入長江后隨水流方向逐步向下游擴展，不存在污水上溯現(xiàn)象。背景斷面設在匯流口上游150m處，采樣點的岸邊距仍為20～350m，控制區(qū)內(nèi)長江入流的CODMn、NH4－N、TP背景濃度分別為2.39、0.377、0.127mg／L。

采用同樣的方法確定超標污染帶，12月28日（平水期）長壽城市污水處理廠尾水排放口附近水域CODMn、NH4－N、TP超背景濃度5%的污染帶范圍見表4。由表4可知，12月28日長壽污水廠尾水排放口下游水域CODMn、NH4－N、TP超背景污染帶長分別達到1 100、900、1 100m，超背景污染帶的平均寬分別為143、161、112m。其中只有NH4－N在排污口匯流的Ⅰ斷面附近出現(xiàn)了長約50m，寬50m的超標（Ⅲ類）污染帶。其余指標在超背景污染帶內(nèi)的水質(zhì)仍滿足Ⅲ類水質(zhì)標準要求。

表4 2010年12月28日長壽城市污水處理廠尾水排放口區(qū)域各斷面超背景污染帶范圍

2.2.3 枯水期與平水期單位負荷污染帶面積比較

由超標污染帶計算，平水期與枯水期單位負荷污染帶面積比較見表5。結(jié)果，CODMn、NH4－N、TP的污染帶寬度枯水季高水位運行期比平水期蓄水期要窄，產(chǎn)生的原因主要是蓄水上溯對污水輸移有影響。CODMn、NH4－N單位負荷產(chǎn)生的污染帶面積枯水季高水位運行期比平水期蓄水期要小，產(chǎn)生的原因為受到蓄水的影響，而TP單位負荷產(chǎn)生的污染帶面積枯水季高水位運行期比平水期蓄水期要大，產(chǎn)生的原因有待于進一步研究。由上述分析可知，水庫在蓄水階段水流更不利于污染物擴散，會增加污染帶的寬度，加重城市岸邊污染。

3 結(jié)論

長壽城市污水處理廠運行正常，尾水水質(zhì)穩(wěn)定，能達到城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)標準要求，CODCr、NH4－N的出水水質(zhì)受水溫影響較大。

三峽水庫蓄水時，污水廠尾水進入長江后，受到自然水流和蓄水頂托的影響，逐步向下游和橫向擴散，并且混合后的污水呈明顯的上溯態(tài)勢。表明蓄水期，水流狀態(tài)更不利于污染物的輸移，使得平水期的污染帶范圍大于枯水期的污染帶范圍。

表5 長壽城市污水處理廠尾水排放口平水期（10月）與枯水期（12月）單位負荷污染帶面積比較

三峽水庫蓄水時，TP因入流背景濃度已達Ⅲ類水質(zhì)標準，能形成700m的超標（Ⅲ類）污染帶，CODMn、NH4－N雖能形成超背景污染帶，但不超過Ⅲ類水質(zhì)標準；水庫175m正常運行期，NH4－N在排污口匯流Ⅰ斷面附近出現(xiàn)了長約50m，寬約50m的超標（Ⅲ類）污染帶，CODMn、TP在超背景污染帶內(nèi)的濃度仍滿足Ⅲ類水質(zhì)標準要求。

［1］ 鄧春光，幸治國，黃 程.三峽庫區(qū)長江岸邊污染帶現(xiàn)狀與特性分析［R］.重慶市環(huán)境研究院，2009.

［2］ 劉 成，王兆印，何 耘，等.上海污水排放口水域水質(zhì)和底泥分析［J］.中國水利電力研究院學報，2003，1（4）：275－279.

［3］ 方 芳，王 磊，郭勁松，等.三峽庫區(qū)典型臨江村鎮(zhèn)排放污水的水質(zhì)水量特征分析［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2009，28（8）：1661－1668.

［4］ 袁曉燕，余志敏，施衛(wèi)明.大清河流域典型村鎮(zhèn)生活污水排放規(guī)律和污染負荷研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2010，29（8）：1547－1557.

［5］ 金相燦，辛瑋光，盧少勇，等.入湖污染河流對受納湖灣水質(zhì)的影響［J］.環(huán)境科學研究，2007，20（4）：52－56.

［6］ 國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.第4版.北京：中國環(huán)境科學出版社，2002.