長壽城市污水處理廠尾水對三峽水庫水質影響的研究

向可翠，雷振宇，幸治國，鄧春光，任 虹

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

三峽工程建成蓄水后，長江在三峽地區形成了一個集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，長江沿岸城鎮岸邊排污口，在入江負荷不變的情況下，勢必對庫區水質產生更大的影響。

目前，國內一些學者對污水排放對水質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的影響做了研究，結果表明，污染問題會嚴重影響湖灣水質。鄧春光等［1］對污水處理廠尾水對三峽水庫水質的影響做了研究。本文通過對長壽城市污水處理廠尾水COD、氨氮（NH4－N）、總磷（TP）對長江水質的影響做了分析，為摸清庫區污水處理廠出水對庫區水環境的影響提供了參考價值，對保護三峽庫區水資源與水環境具有重要意義。

1 采樣區域與采樣方法

1.1 采樣點位置

長壽城市污水處理廠位于長壽城區長江邊的余家灣，主要承擔城區鳳城鎮的城市污水處理。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，出水水質一直都比較穩定。尾水經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測的理想場地。

1.2 采樣點布設

河段污染帶水文、水質同步觀測范圍從污水口上游400m至下游1 000m。在此范圍內設置8個觀測斷面，分別按背景、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ進行編號，各斷面上測點的數量和位置主要根據長江水流條件，污染物的擴散規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

本次監測的水質指標有：高錳酸鹽指數（CODMn）、NH4－N、TP。污水廠出水口負荷指標除了NH4－N、TP和江水監測相同外，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 結果與討論

2.1 結果分析

由表1可知，2010年10月15日和12月28日2個監測時段污染帶測量區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，測量區表層流速顯著減少，只有0.1～0.22m／s。監測結果表明，水流速的變化對污染物的輸移會產生較大影響，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，出水水質穩定，從監測結果看，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日的監測值高，這是由于水溫差別所致。2次污染帶監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，污染帶監測時正值三峽水庫175m蓄水，據水文部門的報告，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，控制區內長江入流的CODMn、NH4－N、TP背景平均濃度分別為1.65、0.184和0.210mg／L。監測結果顯示，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測結果

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域出現的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類水質標準），濃度超過功能區（Ⅲ類）水質標準的超標區域還局限在排污口附近一個比較小的范圍內（羊叉河匯流口內），超背景污染帶內的絕大部分水域水質仍滿足Ⅲ類水質標準要求。由于TP入流背景濃度已達Ⅲ類水質標準，受污水影響，超背景污染帶內的大部分區域已屬超標（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，控制區內長江入流的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的水質仍滿足Ⅲ類水質標準要求。

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，產生的原因為受到蓄水的影響，而TP單位負荷產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 結論

長壽城市污水處理廠運行正常，尾水水質穩定，能達到城鎮污水處理廠出水水質標準要求，CODCr、NH4－N的出水水質受水溫影響較大。

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勢。表明蓄水期，水流狀態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在超背景污染帶內的濃度仍滿足Ⅲ類水質標準要求。

［1］ 鄧春光，幸治國，黃 程.三峽庫區長江岸邊污染帶現狀與特性分析［R］.重慶市環境研究院，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.三峽庫區典型臨江村鎮排放污水的水質水量特征分析［J］.農業環境科學學報，2009，28（8）：1661－1668.

［4］ 袁曉燕，余志敏，施衛明.大清河流域典型村鎮生活污水排放規律和污染負荷研究［J］.農業環境科學學報，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的影響［J］.環境科學研究，2007，20（4）：52－56.

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