基于水環(huán)境容量的水環(huán)境承載力分析

陳 艷，林 斌，張品漢

（1.浙江睿城環(huán)境科技有限公司，浙江 溫州 325000；2.福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350000）

水環(huán)境容量的計(jì)算是實(shí)施水污染物容量總量控制的基礎(chǔ)，通過對(duì)水環(huán)境容量的分析與計(jì)算，確定水環(huán)境容量保護(hù)與利用的合理界限，使水污染物排放由目標(biāo)總量向容量總量控制。影響水域水環(huán)境容量的要素很多，概括起來主要有以下四個(gè)方面要素：水域特性、環(huán)境功能要求、污染物質(zhì)和排污方式。按照污染物降解機(jī)理，水環(huán)境容量可劃分為稀釋容量和自凈容量?jī)刹糠諿1]。實(shí)際的水環(huán)境容量確定，是在分析稀釋容量與降解容量的基礎(chǔ)上，根據(jù)排污方式的限定與環(huán)境管理的具體需求，即在不改變排污口位置和水質(zhì)目標(biāo)等情況下，確定水域的環(huán)境容量。

1 設(shè)計(jì)條件

1.1 計(jì)算單元

在進(jìn)行水環(huán)境容量計(jì)算時(shí)，研究河段的河流形態(tài)未發(fā)生顯著變化，擬考慮將該段作為一個(gè)整體進(jìn)行計(jì)算，將排入河段的污染源作為輸入條件，進(jìn)行模擬演算。

1.2 排污口概化

考慮到納污能力計(jì)算的復(fù)雜性，在實(shí)際計(jì)算時(shí)對(duì)排污口和支流口位置進(jìn)行了概化。本次水環(huán)境容量計(jì)算的前提條件是保持目前排污口的格局不變。把排污口污水排放量較大的排污口，作為獨(dú)立的排污口處理，其他排污口可以概化合并處理。

2 污染源調(diào)查

2.1 城市、工業(yè)生活污染源

本次計(jì)算河段的城市生活污染源僅包含縣城區(qū)污水廠，該污水處理廠設(shè)計(jì)水量為2.5萬 t/d（目前實(shí)際處理能力為2萬 t/ d），執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水廠污水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)（下簡(jiǎn)稱一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)）。工業(yè)污染源主要涉及產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水處理廠，該污水廠現(xiàn)狀水量為0.2萬 t/d，擴(kuò)建工程啟動(dòng)后，設(shè)計(jì)水量為1.5萬 t/d，尾水排放執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[2]。

2.2 農(nóng)村生活污染源

范圍內(nèi)農(nóng)村生活污水直接或間接進(jìn)入河流，根據(jù)測(cè)算結(jié)果，初步估計(jì)農(nóng)村生活人口總計(jì)約0.5萬人，根據(jù)調(diào)查，農(nóng)村生活污染物排放量如下：COD、氨氮、總磷分別為77.2 kg/d、5.3 kg/d、0.5 kg/d。

2.3 農(nóng)田徑流污染源

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及相關(guān)資料，主要涉及區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要作物為水稻，每年種植一季。土壤和肥料中的氮磷在降雨或灌溉水作用下溶解或懸浮于徑流水中，隨徑流遷移出田塊而導(dǎo)致的農(nóng)田氮磷流失，最終隨著地表徑流進(jìn)入河流，農(nóng)田徑流污染情況的調(diào)查結(jié)果如下：氨氮、總磷分別為1.4 kg/d、1.3 kg/d。

2.4 畜禽養(yǎng)殖污染源

研究河段范圍主要處于禁養(yǎng)區(qū)范圍內(nèi)，沿河村落基本無大牲畜養(yǎng)殖，只有少量雞、鴨、鵝、魚養(yǎng)殖，養(yǎng)殖以散養(yǎng)為主，數(shù)量不大，污染負(fù)荷較小，故不單獨(dú)核算。

2.5 城鎮(zhèn)徑流污染源

生活污水收集系統(tǒng)無法完全覆蓋整個(gè)城區(qū)，部分生活污水未經(jīng)城市管網(wǎng)零散排放，以城鎮(zhèn)徑流的方式進(jìn)入河流，折算以城鎮(zhèn)徑流方式排污的人口為1萬人。城鎮(zhèn)徑流污水量與其污染物含量按照城鎮(zhèn)污水處理率、人均排放量進(jìn)行計(jì)算。估算城鎮(zhèn)徑流污水排入計(jì)算河段的污染量如下：COD、氨氮、總磷分別為367.8 kg/d、20.7 kg/d、2.1 kg/d。

2.6 排污模式

本次水環(huán)境容量計(jì)算過程中，考慮產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水處理廠和縣城區(qū)污水廠的排污量對(duì)水環(huán)境容量計(jì)算影響較大，結(jié)合實(shí)際排污量和規(guī)劃排污量的不同，假定兩個(gè)污水廠可能存在以下2種排污模式：

模式一：為兩座污水廠的排污現(xiàn)狀。此時(shí)，城區(qū)污水廠水量2萬t/d，執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水處理廠水量0.2萬t/d，執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

模式二：假定產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水處理廠達(dá)到遠(yuǎn)期的設(shè)計(jì)規(guī)模。此時(shí)，兩個(gè)污水處理廠皆執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，城區(qū)污水廠水量2.5萬t/d，產(chǎn)業(yè)園區(qū)處理廠水量為1.5萬t/d。

3 計(jì)算模型

式中，W——（河段）的水質(zhì)目標(biāo)值，mg/L；C0——上游來水的背景濃度值，mg/L；qi——i排污口的污廢水排放量，m3/s；K——污染物綜合降解系數(shù)，1/d；X1——排污概化口至下游控制斷面的距離，km；X2——排污概化口至上游控制斷面的距離，km；U——平均流速，m/s；α——不均勻系數(shù)；31.536——g/s轉(zhuǎn)化成t/a的轉(zhuǎn)化系數(shù)。

4 參數(shù)選取

排污概化口距下斷面的距離（X1）取5 km，排污概化口距上斷面的距離（X2）取0.5 km，計(jì)算河段的設(shè)計(jì)流量（枯水期）取4 m3/s，計(jì)算河段的設(shè)計(jì)流速（枯水期）取0.2 m/s。，下游控制斷面CODMn、氨氮、總磷水質(zhì)目標(biāo)值分別取5.4 mg/ L、0.9 mg/L、0.18 mg/L（預(yù)留10%的水環(huán)境容量作為安全容量），上游控制斷面CODMn、氨氮、總磷本底濃度值根據(jù)現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)分別取3.1 mg/L、0.40 mg/L、0.08 mg/L，CODMn、氨氮、總磷綜合降解系數(shù)分別取0.25 d-1、0.15 d-1、0.10 d-1，模式一、模式二排污概化口總排污量分別為0.25 m3/s、0.46 m3/ s，不均勻系數(shù)（α）取0.9，COD與高錳酸鹽指數(shù)的換算系數(shù)取3.0。

5 計(jì)算結(jié)果

5.1 理想的水環(huán)境容量

以工業(yè)、生活點(diǎn)源作為模型正向輸入條件，模擬計(jì)算結(jié)果為理想水環(huán)境容量。

5.2 水環(huán)境容量

水環(huán)境容量定義為從理想水環(huán)境容量中扣除面源污染后的容量值。面源排污主要包括現(xiàn)有點(diǎn)源，生活面源（主要指農(nóng)村生活源）、分散畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)徑流和水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面的污染。研究河段各面源污染的產(chǎn)物量合計(jì)COD為445 kg/d（根據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)折合成CODMn為148.3 kg/d），氨氮為27.4 kg/d，總磷為3.9 kg/d。

5.3 可利用水環(huán)境容量

可利用水環(huán)境容量定義為理想水環(huán)境容量扣除現(xiàn)狀點(diǎn)源入河污染量后的剩余容量，其中點(diǎn)源污染一般包括工業(yè)、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖和城鎮(zhèn)生活污水污染三類。

經(jīng)計(jì)算，在模式一下，可利用水環(huán)境容量如下：CODMn446.2 kg/d、氨氮49.3 kg/d、總磷21.5 kg/d；在模式二下，可利用水環(huán)境容量如下：CODMn241 kg/d、氨氮-25.3 kg/ d、總磷15.5 kg/d。

6 水環(huán)境容量分析

計(jì)算本次水環(huán)境容量時(shí)，共假定了兩種模式，水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果顯示主要為枯水期氨氮容量出現(xiàn)過載。具體分析如下：

模式一：為兩座污水廠的排污現(xiàn)狀。此時(shí)，城區(qū)污水廠水量2萬t/d，執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水處理廠水量0.2萬t/d，執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。此模式下，尚有可利用的水環(huán)境容量。

模式二：城區(qū)污水廠水量2.5萬t/d，一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)業(yè)園區(qū)處理廠水量為1.5萬t/d，維持一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。此模式下，氨氮容量嚴(yán)重過載，水環(huán)境容量為-25.3 kg/d。

7 區(qū)域污染物削減建議

7.1 提高河流上游城區(qū)管網(wǎng)覆蓋率

縣城區(qū)污水管網(wǎng)建設(shè)滯后，舊（老）城區(qū)居民生活污水未經(jīng)處理或經(jīng)簡(jiǎn)單處理后直接排入河中，污水處理率和達(dá)標(biāo)率相對(duì)較低，建議下一階段完善城區(qū)內(nèi)主干道、次干道污水支管的鋪設(shè)工作，加大城區(qū)及周邊村莊的生活污水收集率，實(shí)現(xiàn)舊城區(qū)雨污分流，可提高河流水質(zhì)濃度，降低面源污染物排放量，騰出更多的水環(huán)境容量。

7.2 控制農(nóng)業(yè)面源污染

控制排污口下游的城鎮(zhèn)生活點(diǎn)源及農(nóng)業(yè)徑流帶來的面源污染。建議推廣農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)管理的措施，從種植制度、耕作方式、農(nóng)藥化肥施用方法、灌溉制度等土地利用管理措施入手，控制農(nóng)田徑流污染。

7.3 持續(xù)推進(jìn)清潔生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)污染源頭預(yù)防

實(shí)施清潔生產(chǎn)不僅可以避免“先污染，后治理”的舊思路，而且可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的有機(jī)結(jié)合，提高企業(yè)的整體素質(zhì)，充分利用資源、能源，最大限度達(dá)到“節(jié)能、降耗、減污、增效”的目的。同時(shí)，實(shí)施清潔生產(chǎn)可以提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)的生存、發(fā)展?fàn)I造良好的環(huán)境發(fā)展空間。

7.4 加快產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水管網(wǎng)建設(shè)，降低水環(huán)境污染負(fù)荷

要盡快完善產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水廠管網(wǎng)建設(shè)，集中收集產(chǎn)業(yè)園區(qū)現(xiàn)有企業(yè)污水，降低河流上游污染物排放量，從流域上游降低水環(huán)境污染負(fù)荷，可騰出更多的水環(huán)境容量。