青島市某水質(zhì)凈化廠尾水排放對河道水質(zhì)的影響研究

劉 浩，牟潤芝，王麗艷，李琳琳，劉長青(.青島張村河水務(wù)有限公司，青島 6600；.青島理工大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，青島 66033)

隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，居民用水量日益增加，污水的排放量也呈大幅上升趨勢.為保護(hù)水環(huán)境，保障居民的用水安全，新建城鎮(zhèn)水質(zhì)凈化廠成為主流，尾水排放也成為影響自然水體的一大重要因素[1-2].雖然城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)對尾水排放做出了一定的限制，然而，即使是一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，各項污染物指標(biāo)還是超過了地表水Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，過高的氮、磷含量還是會對自然水體尤其是最終匯入海洋的河流的自凈能力造成嚴(yán)重的影響[3-4].

2015年4月，國務(wù)院正式發(fā)布《水污染防治行動計劃》(“水十條”)，明確指出“到2020年，沿海省(區(qū)、市)入海河流基本消除劣于V類的水體”.由于青島市某河為季節(jié)性河流，旱季基本沒有徑流，某水質(zhì)凈化廠正式運(yùn)行通水后，運(yùn)行負(fù)荷可達(dá)4萬m3/d，外排水將成為該河的主要徑流來源.因此，污水處理廠運(yùn)行后對該河水環(huán)境質(zhì)量以及生態(tài)環(huán)境會造成極為重要的影響.

本研究通過長期跟蹤監(jiān)測該河河道上覆水及底泥間隙水的COD、總氮(TN)、氨氮、總磷(TP)等污染指標(biāo)，比較河道水體的水質(zhì)在水質(zhì)凈化廠運(yùn)行通水前后的變化，明確水質(zhì)凈化廠通水運(yùn)行前后對河道內(nèi)源污染物釋放的影響及其對河道水質(zhì)短期及長期的影響，為后期河道治理模式的選擇提供有力的數(shù)據(jù)支撐.

1 材料與方法

1.1 斷面設(shè)置

根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則》(HT/T 2.3—93)及《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 91—2002)要求，取樣點(diǎn)主要分布在某水質(zhì)凈化廠規(guī)劃排水口上下游特征斷面.考慮到河道現(xiàn)狀特征，在水質(zhì)凈化廠的規(guī)劃排水口(P)上游設(shè)置2個取樣斷面，分別為上游漫水橋斷面(斷面Q)以及上游迷宮堰斷面(斷面M)；排水口下游設(shè)置4個取樣斷面，分別為橡膠壩斷面(斷面X)、深圳路橋下斷面(斷面S)、海爾路橋下斷面(斷面H)、河流交匯處斷面(斷面J).為了使取樣具有代表性，每個斷面在北岸坡、河道中心、南岸坡的位置各設(shè)置3個取樣點(diǎn).

通水前河道上覆水污染物的檢測，在第1個月只取了該河最具有代表性的斷面Q、斷面M和斷面X，后來又加入斷面J，作為通水前河道上覆水的整體代表.為了更好地說明水質(zhì)凈化廠通水后對河道上覆水的影響，通水后追蹤檢測了所有斷面和排水口P 1年內(nèi)的污染物變化的情況.而對河道底泥間隙水的檢測，通水前選取了上游斷面Q和斷面M 2個斷面及下游斷面X和斷面J 2個斷面進(jìn)行檢測，通水后，除對下游的斷面X和斷面J進(jìn)行追蹤檢測外，又增加了下游的斷面S和斷面H 2個斷面的檢測.

1.2 樣品采集及檢測方法

水質(zhì)凈化廠通水前3個月，按照每個月1次的頻率采集河道上覆水和底泥樣品；通水后1年內(nèi)，按照河道上覆水每月1次，底泥樣品每季度1次的采集頻率，對水質(zhì)凈化廠通水前后河道水質(zhì)及與水質(zhì)密切相關(guān)的關(guān)鍵因子進(jìn)行追蹤檢測.

水樣采集采取常規(guī)水樣采集方法，保證低溫，在檢測前按檢測要求進(jìn)行過濾.底泥采用XDB0201抓斗式采泥器采集表層約5～10 cm的底泥樣品，帶回實驗室采用室內(nèi)間接取樣法分離底泥間隙水，并按檢測要求過濾.水樣和泥樣進(jìn)行預(yù)處理后，按照表1所示的檢測方法進(jìn)行各項污染物指標(biāo)的檢測.

表1 污染指標(biāo)及檢測方法

2 結(jié)果與分析

2.1 通水前河道上覆水污染物含量

如圖1(a)所示，水質(zhì)凈化廠通水前3個月每月河流斷面的上覆水COD濃度平均值分別為80，65，62 mg/L，除個別斷面外，河道中大多數(shù)斷面的上覆水COD濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的40 mg/L.同樣，由圖1(d)可知，通水前3個月整個河流斷面的上覆水中總磷(TP)的平均含量也是遠(yuǎn)超《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的0.4 mg/L，說明通水前河流上覆水水質(zhì)污染情況較嚴(yán)重.而圖1(b)中僅1月份TN含量較高，2，3月份TN含量有所下降，這可能是由于1月份氣溫最低，微生物活性最低導(dǎo)致N元素?zé)o法得到有效降解.由圖1(c)可知，對于整個河流斷面的上覆水中氨氮的含量來說，斷面Q在通水前3個月全部超標(biāo)，這可能與周圍居民生活用水排放有關(guān)，其他斷面水質(zhì)雖不穩(wěn)定，但氨氮含量的平均值均小于2.0 mg/L，說明河道中的氨氮污染不是主要污染因子.

2.2 通水前河道底泥間隙水污染物含量

如圖2(a)所示，水質(zhì)凈化廠通水前3個月，河道底泥間隙水的COD平均濃度分別為111.67，105.06，72.54 mg/L，對比河道底泥間隙水與對應(yīng)斷面上覆水的COD污染情況(圖1(a))可以看出，河道底泥間隙水的COD濃度遠(yuǎn)高于河道上覆水的COD濃度，大部分?jǐn)嗝娴牡啄嚅g隙水COD含量均大幅高于上覆水，特別是2018年2月份河流交匯處(斷面J)的底泥間隙水COD含量是上覆水的3倍多.說明河道底泥很有可能向上覆水釋放污染物.

如圖2(b)和(d)所示，水質(zhì)凈化廠通水前3個月，對比對應(yīng)斷面上覆水的污染情況可以看出，河道底泥間隙水的TN，TP濃度遠(yuǎn)高于河道上覆水的TN，TP濃度，2018年2月和3月斷面Q，X，J的底泥間隙水TN含量均大幅高于上覆水，特別是3月份4個斷面的底泥間隙水TN含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上覆水.進(jìn)一步證實河道底泥污染物有向上覆水釋放的風(fēng)險，是嚴(yán)重的二次污染源.

如圖2(c)所示，水質(zhì)凈化廠通水前3個月，河道底泥間隙水的氨氮平均濃度分別為14.44，6.41，23.61 mg/L，比較河道底泥間隙水氨氮濃度與上覆水的濃度可以看出，除1月份斷面J和2月份斷面M外所有監(jiān)測斷面底泥間隙水氨氮含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，且底泥間隙水氨氮含量均大幅高于對應(yīng)斷面上覆水的氨氮濃度，特別是3月份斷面Q和斷面X的底泥間隙水氨氮含量是上覆水中含量的10倍.然而通水前上覆水氨氮濃度基本達(dá)標(biāo)，說明底泥間隙水中的氨氮實際上并未過多地向上覆水中釋放.

綜上所述，水質(zhì)凈化廠通水前，河道底泥間隙水污染都比較嚴(yán)重，很多斷面污染物的含量數(shù)倍于河道上覆水.這是由于在水質(zhì)凈化廠通水前，河道中沒有穩(wěn)定的生態(tài)補(bǔ)充水，河道內(nèi)沒有徑流，河道生態(tài)環(huán)境較差，基本失去健康河道對污染物的凈化功能.此外，河道底泥作為河道的內(nèi)源污染物，各項污染物含量均較高，在環(huán)境條件發(fā)生變化時，底泥會向上覆水釋放這些污染物[5]，兩方面綜合影響，導(dǎo)致本階段各項污染物濃度均較高.比較特殊的是，河道底泥中氨氮的吸附性能一般大于其他有機(jī)污染物，因此，在外界水環(huán)境條件發(fā)生變化時，相對于其他有機(jī)污染物，其釋放量較小，不足以引起河道上覆水的超標(biāo).但污染物濃度較高的底泥間隙水仍是重要的潛在污染源.

2.3 通水后河道上覆水污染物含量

如圖3所示，水質(zhì)凈化廠通水后，排水口上游2個斷面Q，M上覆水COD含量平均值分別為50，46 mg/L，仍然超標(biāo)；下游4個斷面X，S，H，J上覆水COD含量平均值分別為32，37，37，36 mg/L，水質(zhì)穩(wěn)定且達(dá)標(biāo).排水口P處COD均值為30 mg/L，遠(yuǎn)低于地表水環(huán)境質(zhì)量V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).不過在溫度較低的冬季，如2019年的1，2月份，除了進(jìn)水口P處達(dá)標(biāo)外，其他各斷面COD值均超過40 mg/ L，這是由于細(xì)菌豐度受季節(jié)影響，冬季豐度最低[6]，從而對有機(jī)污染物的降解降低.而在2019年5，6兩個月份中，上游Q，M 2個斷面COD排放嚴(yán)重超標(biāo)，平均值分別達(dá)到了102和72 mg/L，因而導(dǎo)致下游河段也有所超標(biāo)，進(jìn)而影響整個河道斷面水質(zhì).這是由于上游排水口距離居民區(qū)較近，居民排放生活污水所致，應(yīng)加大對上游斷面排水口的監(jiān)管，以切斷上游污染源.

由圖4可以看出，2018年6月份水質(zhì)凈化廠通水后，排水口上游2個斷面Q，M上覆水TN含量平均值分別為6.59，6.29 mg/L，比通水前(圖1(b))出現(xiàn)了一定程度的下降；而下游4個斷面X，S，H，J上覆水TN含量平均值分別為9.65，9.88，8.64，8.95 mg/L，其中斷面X的TN含量明顯降低，這是因為水質(zhì)凈化廠通水后，更好的水質(zhì)流入河道，擴(kuò)大了河道的環(huán)境容量.而斷面J的TN含量略有升高，這是因為斷面J距排水口P較遠(yuǎn)，較遠(yuǎn)的距離使水質(zhì)凈化廠對河道的影響降低.

結(jié)合2.2的論述，底泥間隙水中TN含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上覆水中的TN含量，由于河道下游河段沒有全部進(jìn)行底泥疏浚，通水后，部分?jǐn)嗝嬷械啄嚅g隙水可能會由于濃度差向環(huán)境釋放，造成部分上覆水的TN含量升高.水質(zhì)凈化廠正式通水后，河道中出現(xiàn)了穩(wěn)定的徑流，自凈能力得到一定恢復(fù)，環(huán)境容量擴(kuò)大，大部分?jǐn)嗝鎀N含量比通水前均有明顯降低[7].

由圖5可知，2018年6月份水質(zhì)凈化廠通水后，排水口上游2個斷面Q，M上覆水氨氮含量平均值分別為0.40，0.35 mg/L，而下游4個斷面X，S，H，J上覆水氨氮含量均值分別為0.40，0.35，0.39，0.44 mg/L，各斷面的氨氮含量均明顯下降，且遠(yuǎn)低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的2.0 mg/L.排水口P處氨氮均值為0.39 mg/L，也遠(yuǎn)低于地表水環(huán)境質(zhì)量V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

由圖6可知，排水口上游2個斷面Q，M上覆水TP含量平均值分別為0.27，0.28 mg/L，但個別月份偶爾超標(biāo).下游4個斷面X，S，H，J上覆水TP含量平均值分別為0.23，0.23，0.24，0.28 mg/L，各斷面的TP含量均有所下降，而且均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求.排水口P處TP平均值為0.25 mg/L，遠(yuǎn)低于地表水環(huán)境質(zhì)量V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

總體而言，水質(zhì)凈化廠通水后，4萬m3/d的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的凈化水作為生態(tài)補(bǔ)充水外排入河道，各項污染物指標(biāo)均有顯著下降，明顯改善了水質(zhì)環(huán)境，對河道的生態(tài)恢復(fù)起到了至關(guān)重要的作用.在生態(tài)補(bǔ)充水對生態(tài)功能恢復(fù)的作用下，河道內(nèi)動植物資源均起到了良好的恢復(fù).河道內(nèi)穩(wěn)定的徑流一方面大大加速了河道生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)[8]，另一方面擴(kuò)大了環(huán)境容量，使得各項污染物指標(biāo)顯著下降并進(jìn)一步實現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo).

2.4 通水后河道下游斷面底泥間隙水污染物含量

由圖7(a)可以看出，通水后下游斷面X，S，H，J的底泥間隙水COD含量均較高.水質(zhì)凈化廠運(yùn)行半年后已經(jīng)形成了穩(wěn)定的徑流，但由于其底泥間隙水COD本底值較高(圖2(a))，因此在其他水利擾動或環(huán)境條件變化時，如降雨時，底泥間隙水中的COD向上覆水釋放，進(jìn)而引起上覆水濃度超標(biāo).

由圖7(b)可以看出，通水后下游斷面中斷面X的底泥間隙水TN含量極高，而其他3個斷面TN含量均較低，幾乎與上覆水中的相當(dāng).水質(zhì)凈化廠通水后形成的徑流促使底泥間隙水中的N緩慢向水中釋放，因此與之前底泥間隙水中的TN相比，通水1年后底泥間隙水中的TN含量有所降低.但是斷面X上游10 m處有橡膠壩，所以該斷面底泥間隙水受到水流的擾動較小，其中的N沒有得到有效釋放，因此該斷面底泥間隙水TN含量仍較高.同樣，圖7(d)顯示，斷面H底泥間隙水中的TP含量在通水前期有所增多，尤其是氣溫最低的1月份，極低的氣溫和較小的水流擾動，底泥中積累的P元素增多，且得不到有效的降解和釋放，導(dǎo)致TP含量大幅上升.通水后期，水廠排放的較潔凈的水使TP得到有效釋放，下游斷面底泥間隙水中的TP含量均明顯下降.

由圖7(c)可以看出，通水后下游4個斷面X，S，H，J的底泥間隙水氨氮含量平均值分別為21.55，5.16，6.39，6.60 mg/L.除了X斷面氨氮含量較高外，其他3個斷面含量相對較低，與TN不同，底泥間隙水中氨氮含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上覆水的含量.水質(zhì)凈化廠通水后形成的徑流促使底泥間隙水中的氨氮緩慢向水中釋放，因此與之前相比，底泥間隙水中的氨氮濃度有所降低，但底泥中氨氮的吸附性能較高，其釋放量較小，所以底泥中氨氮濃度仍遠(yuǎn)高于上覆水中的濃度，是潛在的二次污染源.X斷面則與TN情況相似，上游10 m處是橡膠壩，因此該斷面底泥間隙水受到水流的擾動較小，其中的氨氮釋放量較少，因此該斷面底泥間隙水氨氮含量仍較高[9].

3 結(jié)論

1) 水質(zhì)凈化廠通水前，該河道上覆水污染嚴(yán)重，絕大多數(shù)斷面的COD和TN在大部分時間內(nèi)均超標(biāo)，污染較為嚴(yán)重，而部分?jǐn)嗝娴陌钡蚑P遠(yuǎn)超《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)V類水限值.

2) 水質(zhì)凈化廠通水后，排水作為生態(tài)補(bǔ)充水，擴(kuò)大了所排河道的環(huán)境容量，一定程度上恢復(fù)了河道的生態(tài)功能，使河道的污染物含量均有所下降.上游漫水橋及迷宮堰2個斷面圍堰的存在，使上下游不連通，下游排出水不能回流到上游，其污染狀況仍不容忽視.這兩個斷面的存水會在水量大的條件下溢出到下游，是下游水環(huán)境的潛在污染源.

3) 河道底泥間隙水在通水前后的污染情況都比較嚴(yán)重，底泥間隙水中各指標(biāo)濃度均大幅高于上覆水.水質(zhì)凈化廠通水后，下游未疏浚河道底泥有可能在特定條件下與上覆水進(jìn)行交換，是潛在的二次污染源，后期應(yīng)進(jìn)行底泥的疏浚.