沿淮鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠尾水排放模式探討

陳立強 李漢卿

一、引言

淮河兩岸水資源豐富、水運發(fā)達、交通便利、土地肥沃，人居環(huán)境十分優(yōu)越，古往今來聚集眾多城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，各個沿淮鄉(xiāng)鎮(zhèn)串聯(lián)分布于沿淮城市之間，與城市距離10～30km不等。伴隨著生態(tài)文明和美好鄉(xiāng)村建設的步伐，2020年前沿淮鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃實現(xiàn)污水處理廠全覆蓋、農(nóng)村生活污水經(jīng)集中處理后達標排放的環(huán)保目標。淮河水環(huán)境納污能力有限，各水功能區(qū)有明確的納污量削減任務，并且沿淮鄉(xiāng)鎮(zhèn)上、下游設有城市各類取水口和排污口，開展尾水截污導流或全部資源化經(jīng)濟可行性差，因此科學合理地設置沿淮鄉(xiāng)鎮(zhèn)新增污水處理廠尾水排放進入淮河干流的途徑和方式尤為重要，這將直接關系到排污口設置是否能獲得行政許可。本文以典型的沿淮鄉(xiāng)鎮(zhèn)——蚌埠市禹會區(qū)馬城鎮(zhèn)的污水處理廠尾水排放途徑和方式為研究對象，探討具有環(huán)境合理性和經(jīng)濟可行性的沿淮鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠尾水排放途徑和方式。

二、馬城鎮(zhèn)污水處理廠概況及尾水排放方式

馬城鎮(zhèn)隸屬于安徽省蚌埠市禹會區(qū)，位于淮河中游南岸，蚌埠都市區(qū)西南部重要的工業(yè)新鎮(zhèn)，南接淮南，是蚌—淮發(fā)展帶上的節(jié)點城鎮(zhèn)，東距蚌埠市中心25km，南距淮南市中心38km；面積176km2，人口11萬余。作為城鎮(zhèn)發(fā)展基礎建設內容，馬城鎮(zhèn)規(guī)劃建設鎮(zhèn)區(qū)污水處理廠和天河科技園（原馬城鎮(zhèn)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)）污水處理廠。

馬城鎮(zhèn)區(qū)污水處理廠規(guī)劃近期規(guī)模3000m3/d，遠期規(guī)模8000m3/d，處理工藝為采用改良A2/O處理工藝，尾水排放執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準，總占地面積0.8hm2，主要服務鎮(zhèn)區(qū)及緊臨行政村。尾水排放方式為：尾水先進入配套建設的人工濕地進行深度處理，處理達到Ⅳ類水質（COD≤ 30mg/L、NH3-N≤ 1.5mg/L）后進入十二門塘灌溉渠，后經(jīng)1.0km灌溉渠匯入淮河淮南、蚌埠過渡區(qū)。

天河科技園與馬城鎮(zhèn)相連，位于鎮(zhèn)區(qū)西南部，天河科技園（原馬城鎮(zhèn)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)）污水處理廠規(guī)劃近期規(guī)模0.5萬m3/d，遠期規(guī)模1.0萬m3/d，采用改良A2/O處理工藝，尾水排放執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準，總占地面積1.0hm2，服務范圍為天河科技園區(qū)。尾水排放方式為：尾水先進入配套建設的人工濕地進行深度處理，處理達到Ⅳ類水質（COD≤30mg/L、NH3-N≤1.5mg/L）后進入高排溝（獨山河），后經(jīng)2km河道匯入淮河淮南、蚌埠過渡區(qū)。

三、尾水入淮可行性分析

1.相關的淮河水功能區(qū)劃

根據(jù)國務院批復的《全國重要江河湖泊水功能區(qū)劃（2011-2030年）》，馬城鎮(zhèn)兩污水處理廠尾水受納水體淮河干流劃定的一級水功能區(qū)為淮河阜陽、六安、滁州開發(fā)利用區(qū)，二級水功能區(qū)為淮河淮南蚌埠過渡區(qū)，起始斷面大澗溝輪渡碼頭，終止斷面懷遠縣馬城鎮(zhèn)，河流長度為13km，水質功能目標為Ⅲ類。下游連接的二級水功能區(qū)為淮河蚌埠飲用水水源區(qū)，起始斷面懷遠縣馬城鎮(zhèn)，終止斷面蚌埠閘上，河流長度為20km，水質功能目標為Ⅲ類。

馬城鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)和天河科技園兩污水處理廠尾水經(jīng)人工濕地深度處理后分別排入十二門塘灌溉渠和高排溝，兩溝渠入淮河處距下游淮河蚌埠飲用水水源區(qū)不足1km，外部水環(huán)境（水功能區(qū)類型）非常敏感。

2.納污現(xiàn)狀及限制排污總量分析

根據(jù)《淮河流域重要江河湖泊功能區(qū)納污能力和限制排污總量意見》，淮河淮南蚌埠過渡區(qū)COD納污能力4342t/a，2020年限制排放量919t/a；NH3-N納污能力245t/a，2020年限制排放量189t/a?；春踊茨习霾哼^渡區(qū)分布有淮南市上窯工業(yè)聚集區(qū)混合入河排污口和蚌埠市國電蚌埠發(fā)電廠工業(yè)入河排污口，2 017年平均污水量224.09萬 t/a，COD 排 放 量 40.13t/a，NH3-N排放量2.20t/a，現(xiàn)狀入河污染物量小于限制排污量，滿足淮河淮南蚌埠過渡區(qū)限排要求，淮河淮南蚌埠過渡區(qū)剩余COD納污能力878.87t/a，NH3-N排放量186.8t/a。

兩污水處理廠近期最大污染物入河量 COD 65t/a、NH3-N3.5t/a，遠期最大污染物入河量COD145t/a、NH3-N8.5t/a，淮河淮南蚌埠過渡區(qū)承接的各排污口污染物排放量低于水功能區(qū)限制排放量。因此，馬城鎮(zhèn)兩污水處理廠尾水排放滿足水功能區(qū)納污能力總量管控要求。

圖1 尾水—人工濕地處理線路示意圖

3.人工濕地深度處理必要性分析

兩污水處理廠建設和運營，終止了馬城鎮(zhèn)無污水處理廠的情況，使馬城鎮(zhèn)面源污染源得到有效治理，很好地發(fā)揮了削減區(qū)域污染物的作用。但是，根據(jù)環(huán)境基準與風險評估國家重點實驗室楊楓等研究結果，污水處理廠尾水COD以溶解態(tài)為主，占95%以上，CODCr降解率為28.9%，CODMn降解率為15.8%，降解集中在排放后6天內，降解率較低。據(jù)此分析，兩污水處理廠尾水COD可降解性低，如不進行深度處理，尾水COD80%（即COD約為40mg/L）會進入下游淮河蚌埠飲用水水源區(qū)，可能會對蚌埠水源地飲用水安全構成威脅。因此，兩污水處理廠尾水必須進行深度處理后才能匯入淮河干流。

4.尾水人工濕地處理、排放方式及維護

馬城鎮(zhèn)兩污水處理廠規(guī)劃階段，進行過尾水通過提升泵站、加壓管道導流至蚌埠八里溝方案的論證，因占地多、投資大、后期運營、維護成本高等原因，該方案不具備可行性。經(jīng)比選分析，兩污水處理廠均因地制宜地選用人工濕地進行后續(xù)深度處理，經(jīng)濟、技術具備可行性。

兩污水處理廠出水通過管道輸送至水平潛流人工濕地前端配水系統(tǒng)，均勻配水后進入水平潛流人工濕地，通過植物、微生物與基質的協(xié)同作用降解污水中的殘留有機污染物，并去除污水中的N、P等污染物，出水通過集水系統(tǒng)收集后，滿足處理目標后排出濕地分別進入十二門塘灌溉渠和高排溝。污水處理廠尾水擬采取圖1方式與人工濕地連接處理尾水。具體運行方式為：非雨期和澇水期，管控閘關閉，溝渠中尾水通過流量控制閥以固定流量進行人工濕地處理，之后排入下游的溝渠；雨期和澇水期，打開管控閘，澇水直排，使人工濕地避免水力沖刷，不影響人工濕地正常運營。

人工濕地運營維護是尾水能處理達到預期Ⅳ類水質的關鍵。運營維護的重點是：（1）每年冬季應對濕地中的植物進行收割，收割后，應及時清理殘留植物的碎屑，防止因植物殘留造成出水取出效率降低甚至污染物的濃度升高；（2）濕地運行中應及時清理人工濕地填料表面的植物落葉及敗落的莖稈等；（3）在植物生長旺季可適當收割一些濕地植物，有利于取出廢水中的氮。在濕地系統(tǒng)運行期間，若出現(xiàn)表面堵塞現(xiàn)象，可適當更換堵塞區(qū)域的濕地填料，具體更換量為濕地表層以下15cm左右，以提高系統(tǒng)的滲透系數(shù)。

5.尾水排放對淮河干流水質影響分析

基于以上條件，以人工濕地出口為起點預測尾水對淮河干流水質影響，結果表明：疊加馬城鎮(zhèn)各期的水質監(jiān)測本底值后，豐水期兩污水處理廠尾水匯入淮河處混合濃度COD≤16mg/L、NH3-N≤0.4mg/L，平水期兩污水處理廠尾水匯入淮河處混合濃度COD≤15mg/L、NH3-N≤0.5mg/L，枯水期兩污水處理廠尾水匯入淮河處混合濃度COD≤15mg/L、NH3-N≤0.7mg/L，90%保證率最枯月兩污水處理廠尾水匯入淮河處混合濃度COD≤15mg/L、NH3-N≤0.7mg/L，最小生態(tài)流量下兩污水處理廠尾水匯入淮河處混合濃度COD≤15mg/L、NH3-N≤0.7mg/L。預測結果表明：尾水匯入淮河干流混合后水質滿足淮河淮南蚌埠過渡區(qū)Ⅲ類水質管理目標，流入下游淮河蚌埠飲用水水源區(qū)后，取水口水質滿足Ⅲ類水標準。

6.制定產(chǎn)業(yè)負面清單

因兩污水處理廠尾水匯入下游蚌埠飲用水水源地，為確保飲用水安全，根據(jù)《蚌埠市城市污水專業(yè)規(guī)劃（2013-2020）》要求，除尾水采用前述排放方式外，還必須限制馬城經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)業(yè)，禁止在收水服務范圍區(qū)域內布局生物、化工、印染、造紙產(chǎn)業(yè)。因此，制定兩污水處理范圍內的“產(chǎn)業(yè)負面清單”進行管控尾水水質危害成分，可在污染源頭消除尾水排放對水源地水質安全的潛在威脅。

綜上所述，通過尾水后續(xù)人工濕地深度處理和制定收水范圍產(chǎn)業(yè)“負面清單”控制尾水水質危害成分，馬城鎮(zhèn)兩污水處理廠尾水排放方式具有可行性和可批性。

四、沿淮鄉(xiāng)鎮(zhèn)尾水排放方式討論

目前，眾多沿淮鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的尾水排放受限于淮河干流水功區(qū)類別、納污能力等外部環(huán)境，規(guī)劃擬建設的污水處理廠尾水雖執(zhí)行一級A排放標準，但尾水仍不能直接排放進入淮河干流。馬城鎮(zhèn)兩污水處理廠尾水通過后續(xù)人工濕地深度處理和制定服務范圍內的“負面清單”，使其尾水進一步深度處理后達到或優(yōu)于地表水Ⅳ類水質，同時控制尾水水質危害成分，使尾水入淮混合水質能夠滿足水功能區(qū)水質管理目標的要求，并基本消除了對下游淮河蚌埠飲用水水源區(qū)水質安全的威脅。

本文通過對馬城鎮(zhèn)兩污水處理廠尾水排放途徑和方式進行論述，探討出一種具有環(huán)境合理性和經(jīng)濟可行性的尾水排放方式和產(chǎn)業(yè)管控模式，供相似條件下的沿淮鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠建設參考使用