污水廠尾水受納水體水環(huán)境容量分析

孫雪梅，何 琦，王萌萌

（1.濟(jì)南市水文局，山東 濟(jì)南 250011；2.中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司山東分院，山東 濟(jì)南 250101）

水環(huán)境容量是滿足水功能區(qū)劃確定的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的最大河道允許污染負(fù)荷量，體現(xiàn)了在一定的水域水體能夠被繼續(xù)使用并仍保持良好生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，所能容納的外來水量及污染物的最大能力，即水體的水環(huán)境承載能力，因此水體水環(huán)境容量在當(dāng)?shù)丨h(huán)境中十分重要。

1 影響水體水環(huán)境容量的因素分析

1.1 水體的自凈能力

水體自凈大致分為3 類，即物理凈化、化學(xué)凈化和生物凈化。它們同時(shí)發(fā)生相互影響，共同作用，水體的污染與凈化互相并存，相對(duì)穩(wěn)定，最終達(dá)到一種生態(tài)平衡狀態(tài)。

1.2 水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)

按水質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響來劃分，地表水體可分為五類水域功能，不同的水環(huán)境功能區(qū)有不同的水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)，分別執(zhí)行相應(yīng)類別的標(biāo)準(zhǔn)值。依據(jù)地表水水域環(huán)境功能和保護(hù)目標(biāo)，按功能高低依次劃分為以下五類：

Ⅰ類主要適用于源頭水、國(guó)家自然保護(hù)區(qū)；Ⅱ類主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產(chǎn)卵場(chǎng)、仔稚幼魚的索餌場(chǎng)等；Ⅲ類主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)、魚蝦類越冬場(chǎng)、洄游通道、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及游泳區(qū)；IV 類主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)；V 類主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。

1.3 水體污染物和污染源

水體主要污染物分為物理性污染和化學(xué)性污染兩大類。物理性污染是指由物理因素引起的環(huán)境污染，如：放射性輻射、電磁輻射、噪聲、光污染等，包括顆粒狀物污染、熱污染、放射性污染物；化學(xué)性污染主要是指有機(jī)或無機(jī)農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)、食品添加劑、食品包裝容器和工業(yè)廢棄物的污染，汞、鎘、鉛、氯化物、有機(jī)磷機(jī)化合物等所造成的污染。包括無機(jī)無毒物、無機(jī)有毒物、有機(jī)無毒物、有機(jī)有毒物等。

一般的城市污水處理廠出水，執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）標(biāo)準(zhǔn)。但是僅僅限定這些還是不夠的，還必須分析受納水體的環(huán)境允許量。

2 污水廠受納水體水環(huán)境容量的確定

2.1 水環(huán)境容量計(jì)算的方法

采用完全混合模型對(duì)水體水環(huán)境容量進(jìn)行估算。由于水環(huán)境容量是在水資源利用水域內(nèi)，在給定的水質(zhì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)流量和水質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，水體所能容納污染物的最大數(shù)量按照污染物降解機(jī)理，水環(huán)境容量可劃分為稀釋容量、自凈容量和遷移容量3 部分，即：

式中：W稀釋為稀釋容量，是指在給定水域的來水污染物濃度低于出水水質(zhì)目標(biāo)時(shí)，依靠稀釋作用達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)所能承納的污染物量。W自凈為自凈容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化學(xué)和生物作用，給定水域達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)所能自凈的污染物量。W遷移為遷移容量是指污染物從給定水域排出、進(jìn)入另一個(gè)水域的污染物量。其中，自凈容量的計(jì)算公式為：

式中：W自凈為降解容量，即自凈容量，t/a；K為綜合降解系數(shù)，1/d；V 為水體體積，m；Cs為水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)，mg/L。

2.2 水體在不同綜合降解系數(shù)下的水環(huán)境容量

條件設(shè)定：污染物來源在一定時(shí)段內(nèi)保持穩(wěn)定；整個(gè)水系的環(huán)境容量均衡；計(jì)算過程不考慮水體斷面交換的流入、流出容量。污水廠排放污水和給定水域的水質(zhì)相同，且污水進(jìn)入給定水體后沒有外排至其他水體；水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)一定。則水環(huán)境容量公式中稀釋容量和遷移容量均為零。那么，水環(huán)境容量的大小就取決于水體的自凈能力。水體自凈容量的大小又取決水體綜合降解系數(shù)“K”。

根據(jù)《全國(guó)地表水水環(huán)境容量核定》，不同水體的綜合降解系數(shù)的大小也不同，如表1 所示。

表1 水質(zhì)降解系數(shù)參考值

由表1 可以看出，水質(zhì)及生態(tài)環(huán)境狀況越好，即水質(zhì)條件、水體流動(dòng)性越好，水體的綜合降解系數(shù)越高。隨著水體污染物降解系數(shù)K 值的增大，水系的COD、氨氮的水環(huán)境容量就會(huì)提高。因此，采取措施改善水體的流動(dòng)性和水質(zhì)條件，可增大水系的水體污染物降解系數(shù)，增強(qiáng)河道水體的自凈能力，提高該水體的水環(huán)境容量。

圖1 為污水廠排污量一定的情況下，污水廠出水排放至不同綜合降解系數(shù)的受納水體時(shí)，受納水體的水環(huán)境容量和污水廠排污量對(duì)比示意圖。

圖1 不同降解系數(shù)K 值下氨氮的水環(huán)境容量（K1

1）當(dāng) k（COD/氨氮）=K1 時(shí)，污水廠排污量大于水體的水環(huán)境容量，則受納水體無法依靠自凈能力恢復(fù)至原水質(zhì)，容易形成黑臭水體。

2）當(dāng) k（COD/氨氮）＝K2 時(shí)，污水廠排污量等于水體的水環(huán)境容量，則受納水體依靠自凈能力恢復(fù)至原水質(zhì)，維持原水體水質(zhì)條件平衡。

3）當(dāng) k（COD/氨氮）＝K3 時(shí)，污水廠排污量小于水體的水環(huán)境容量，則受納水體依靠自凈能力可輕松將排入的污染物分解，保持、甚至高于其原水體水質(zhì)。

2.3 污水廠出水水質(zhì)對(duì)收納河道水質(zhì)影響模擬

以某城市污水廠出水排至某河為例，采用水質(zhì)模型模擬在污水廠排水標(biāo)準(zhǔn)不同的情況下對(duì)河道的水質(zhì)影響。河道上游來水為地表Ⅳ類水，CODcr 綜合衰減系數(shù)取0.2d-1。

各污水廠按地表Ⅳ類水達(dá)標(biāo)排放，徒駭河下游（四新河前斷面）CODcr 濃度25.7 mg/L，在地表Ⅳ類水范圍內(nèi)，說明污水廠出水排放污染物量小于河道本段水環(huán)境容量，如圖2 所示。

圖2 接受尾水地表Ⅳ類河道水質(zhì)沿程變化

各污水廠按地表Ⅴ類水達(dá)標(biāo)排放，河道下游CODcr 濃度30.2 mg/L，剛好維持在地表Ⅳ類水范圍內(nèi)，說明污水廠出水排放污染物量約等于徒駭河本段水環(huán)境容量，如圖3 所示。

圖3 接受尾水地標(biāo)Ⅴ類河道水質(zhì)沿程變化

各污水廠按一級(jí)A 達(dá)標(biāo)排放，徒駭河下游（四新河前斷面）CODcr 濃度34.6 mg/L，超出地表Ⅳ類水范圍，說明污水廠出水排放污染物量大于徒駭河本段水環(huán)境容量，如圖4 所示。

圖4 接受尾水一級(jí)A 河道水質(zhì)沿程變化

3 結(jié) 語

1）人們?cè)谏a(chǎn)生活中利用并污染了水，就必須處理好污水治理與合理排放，污水處理廠作為人們保護(hù)環(huán)境的一項(xiàng)必要工程措施，必須將納污及尾水排放與當(dāng)?shù)厮h(huán)境生態(tài)相融合。

2）水環(huán)境容量的控制應(yīng)該建立一整套的科學(xué)管理體制，包括水環(huán)境生態(tài)的建立、水環(huán)境容量的確定以及污染物控制法規(guī)等。

3）做好污水廠尾水的資源化利用，是節(jié)約常規(guī)水資源的有效途徑，也是保障水環(huán)境容量平衡的有效措施。