基于流域水環(huán)境特征分析的污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)研究

李書鉞 馬念 陳杰 張亮 楊海瑞 張志敏 羅茜平

摘要：以重慶市某河“清水綠岸”治理工程為例，對(duì)流域內(nèi)污水廠出水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究。污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)與流域水文情況、河流水量及水質(zhì)、污染負(fù)荷、水環(huán)境容量、污水水量及水質(zhì)、污水廠運(yùn)行情況等水環(huán)境特征息息相關(guān)。通過理論計(jì)算、模型驗(yàn)證兩種方式，分析污水廠不同出水標(biāo)準(zhǔn)情況下，各控制斷面年際和逐日水質(zhì)目標(biāo)的可達(dá)性，為流域污水廠出水標(biāo)準(zhǔn)的分析提供了借鑒方法。

關(guān)鍵詞：流域水環(huán)境特征;水環(huán)境容量;排放標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）11-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.078

Research on discharge standards of wastewater treatment plants based on analysis of the water environment characteristics of the river basin

Li Shuyue，Ma Nian，Chen Jie，Zhang Liang，Yang Hairui，Zhang Zhimin ，Luo Xiping

（Lin Tongpi International Engineering Consulting （China） Co.，Ltd.，Chongqing 401121，China）

Abstract：This article takes a river “clear water and green bank” treatment project in Chongqing as an example to study the effluent standards of sewage plants in the basin. Sewage treatment plant discharge standards are closely related to water environment characteristics such as river basin hydrology， river water volume and quality，pollution load， water environmental capacity， sewage water volume and quality， and sewage plant operation.Through theoretical calculation and model verification， this paper analyzes the accessibility of the interannual and daily water quality targets of each control section under different effluent standards of sewage plants，and provides a reference method for the analysis of effluent standards of sewage plants in the basin.

Key words：River basin water environment characteristics;Water environmental capacity;Emission standards

為深入貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，全面落實(shí)“加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)與修復(fù)，筑牢長江上游重要生態(tài)屏障”的重要指標(biāo)，重慶市發(fā)布了《重慶市主城區(qū)“清水綠岸”治理提升實(shí)施方案》（下稱“實(shí)施方案”）。工作目標(biāo)是到2021年，建成20條共約427km“清水綠岸”，把原黑臭水體打造成舒適宜人的生態(tài)空間，其中一項(xiàng)指標(biāo)就是各河流COD、NH3-N、TP等3項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到地表水IV類或以上標(biāo)準(zhǔn)。流域內(nèi)污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)河流水質(zhì)影響至關(guān)重要，既要保障河流控制斷面能夠達(dá)標(biāo)，又要避免“一刀切”的全面提升至準(zhǔn)IV類，造成不必要的浪費(fèi)[1]。在一定的治理目標(biāo)的前提下，具體到每一個(gè)污水廠，排放標(biāo)準(zhǔn)如何確定、是否需要提標(biāo)、哪些指標(biāo)需要提標(biāo)與流域內(nèi)水環(huán)境特征息息相關(guān)。

本文以重慶市某河“清水綠岸”治理工程為例，通過對(duì)流域水環(huán)境特征進(jìn)行分析，探討確定污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)的方法。

1 研究內(nèi)容

1.1 研究區(qū)域及內(nèi)容

重慶市某河是長江一級(jí)支流，位于重慶市西南部，主河道長度為22.7km，流經(jīng)S、J、D3個(gè)行政區(qū)域。本方案圍繞水環(huán)境、水生態(tài)、水資源、水安全、水景觀5個(gè)方面開展，其中，水體治理提升是本項(xiàng)目的重點(diǎn)，而項(xiàng)目范圍內(nèi)污水廠的出水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)河道的水質(zhì)能否達(dá)標(biāo)起到?jīng)Q定性作用。

1.2 研究方法

分析流域內(nèi)污水廠出水標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)綜合考慮流域的各種水環(huán)境特征[2]。在污水廠不同排放標(biāo)準(zhǔn)情況下，采用一維數(shù)學(xué)模型，根據(jù)《全國水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》中水環(huán)境容量的公式進(jìn)行理論計(jì)算，驗(yàn)證控制斷面的年際目標(biāo)可達(dá)性;并采用MIKE水質(zhì)及水動(dòng)力模型驗(yàn)證控制斷面的逐日可達(dá)性，以此確定污水廠的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 流域水環(huán)境特征分析

2.1 流域基本特性

該流域總面積約85.2km2，主河道長度為22.7km，多年平均流量為1.28m3·s-1。流域內(nèi)現(xiàn)狀建成及在建區(qū)約20.7 km2，規(guī)劃待建區(qū)約9.76 km2。流域涉及3個(gè)行政區(qū)4個(gè)街鎮(zhèn)，人口約26.1萬人。流域范圍屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，平均降雨量為1088.8mm。

2.2 河道水質(zhì)情況

根據(jù)對(duì)該河近一年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（COD、NH3-N、TP）結(jié)果分析，得出河道水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：該河上游水質(zhì)在豐水期（4月-10月）普遍優(yōu)于Ⅳ類，在枯水期水質(zhì)（11月-次年3月）局部時(shí)段水質(zhì)將惡化至Ⅴ類～劣Ⅴ類;河流中段全年基本為Ⅴ類～劣Ⅴ類，豐水期的水質(zhì)優(yōu)于枯水期的水質(zhì);河流下游的水質(zhì)在Ⅳ類～劣Ⅴ類之間變動(dòng)，豐水期的水質(zhì)優(yōu)于枯水期的水質(zhì)。

2.3 流域污水系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.3.1 污水廠現(xiàn)狀

整個(gè)流域有3座城市（鎮(zhèn)）污水廠，A污水廠服務(wù)于J區(qū)和D區(qū)（除工業(yè)區(qū)），B工業(yè)污水廠服務(wù)于D區(qū)內(nèi)的工業(yè)區(qū)。C污水站規(guī)模較小，方案不對(duì)其進(jìn)行專門分析。A污水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為7萬m3·d-1，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn);其枯水期和雨季的進(jìn)水量差距較大。流域內(nèi)進(jìn)入A污水廠進(jìn)行處理的COD、NH3-N、TP僅為51.41%、45.27%、69.22%。B工業(yè)污水廠現(xiàn)狀日處理量2 500m3·d-1。流域內(nèi)進(jìn)入B污水廠進(jìn)行處理的COD、NH3-N、TP僅為22.1%、10.9%、30.7%。

2.3.2 污水管網(wǎng)現(xiàn)狀與評(píng)估

經(jīng)過分析，現(xiàn)有的排水管網(wǎng)系統(tǒng)中存在583個(gè)問題點(diǎn)位，其中污水（合流）入河直排口20個(gè)、微污染水入河直排口34個(gè)、污水（合流）管道散排口104個(gè)、雨污管道混接點(diǎn)368個(gè)、排水管道溢流風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)57個(gè)。

兩座污水廠現(xiàn)狀污水處理量接近現(xiàn)狀污水產(chǎn)生量，而污染物質(zhì)處理率卻較低，說明流域內(nèi)污水未做到應(yīng)收盡收，且污水管網(wǎng)有雨水、河水、地下水混入。

2.4 入河污染負(fù)荷與水環(huán)境容量分析

按照3個(gè)行政區(qū)域劃定計(jì)算單元，對(duì)污染負(fù)荷及環(huán)境容量進(jìn)行研究。目標(biāo)水質(zhì)為地表水IV類，經(jīng)過計(jì)算各單元水環(huán)境容量與理論削減量見表1：

3 污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)研究

3.1 理論計(jì)算

A與B污水廠均位于D區(qū)，且兩個(gè)污水廠的排口距離較近，排口距D區(qū)3#控制斷面約5.0km。

（1）在對(duì)流域內(nèi)排水管網(wǎng)修復(fù)、改造、新建等工程后，有效地收集流域內(nèi)的污水后，A和B污水廠將恢復(fù)正常運(yùn)行，出水均為一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn);區(qū)段內(nèi)工程后的污染負(fù)仍大于環(huán)境容量，導(dǎo)致D區(qū)3#控制斷面無法達(dá)標(biāo)。

（2）若僅將A污水廠出水提標(biāo)至準(zhǔn)IV類，B污水廠維持一級(jí)A標(biāo)出水，D區(qū)段年入河污染負(fù)荷在環(huán)境容量允許范圍內(nèi)，但是COD、NH3-N、TP的余量比較小。

表2 D區(qū)段目標(biāo)可達(dá)性分析（A污水廠出水為準(zhǔn)Ⅳ類）

單元名稱 指標(biāo) 環(huán)境容量（t·a-1） 入河污染負(fù)荷（t·a-1） 目標(biāo)可達(dá)性

均為一級(jí)A A準(zhǔn)Ⅳ類

B一級(jí)A 均為一級(jí)A A準(zhǔn)Ⅳ類

B一級(jí)A 均為一級(jí)A A準(zhǔn)Ⅳ類

B一級(jí)A

D區(qū)段 COD 1340.1 1340.1 1655.4 1144.4 × √

NH3-N 75.4 75.4 139.6 50.2 × √

TP 10.5 10.5 15.3 10.2 × √

3.2 模型驗(yàn)證

以上理論計(jì)算D區(qū)段入河污染負(fù)荷在環(huán)境容量允許范圍內(nèi)，但是余量較小，且不能保證逐日水質(zhì)達(dá)到目標(biāo)水質(zhì)要求。因此，需通過模型進(jìn)行進(jìn)一步論證，本次模擬共設(shè)置4種方案進(jìn)行模擬。

（1）方案1：現(xiàn)狀情況（河道未進(jìn)行整治）。

（2）方案2：A污水廠和B污水廠均按設(shè)計(jì)一級(jí)A標(biāo)排水（河道經(jīng)過其他工程措施整治）。

（3）方案3：A污水廠提標(biāo)到Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，B污水廠保持一級(jí)A標(biāo)排水。

（4）方案4：A污水廠提標(biāo)至準(zhǔn)Ⅳ類、B污水廠（NH3-N、TP）提標(biāo)至準(zhǔn)Ⅳ類。

對(duì)以上4種方案進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬結(jié)果見圖2。

根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，方案1和2工況下，控制斷面無法達(dá)標(biāo);方案3工況下，3#控制斷面COD可以達(dá)標(biāo)，但NH3-N、TP無法實(shí)現(xiàn)全年逐天達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率僅為68%、73%。方案4工況下，3#控制斷面COD、NH3-N指標(biāo)可全年達(dá)標(biāo);TP指標(biāo)全年達(dá)標(biāo)率為99%。

綜上所述，A污水廠提標(biāo)到準(zhǔn)Ⅳ類出水、B污水廠設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為一級(jí)A標(biāo)，無法達(dá)到“實(shí)施方案”的水質(zhì)要求，因此，需要對(duì)A污水廠和B污水廠出水同時(shí)進(jìn)行提標(biāo)，A污水廠COD、NH3-N、TP提標(biāo)到準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)、B污水廠COD維持一級(jí)A出水，NH3-N、TP提標(biāo)到準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論及建議

根據(jù)重慶市“實(shí)施方案”的要求，對(duì)研究流域內(nèi)A、B污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究，不同的污水廠其出水標(biāo)準(zhǔn)是有差異的。通過本案例研究，探索出了確定山地城市流域內(nèi)污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)的方法，應(yīng)該將污水廠放入流域范圍進(jìn)行研究，綜合考慮水文情況、河流水量及水質(zhì)、污染負(fù)荷、水環(huán)境容量、污水水量及水質(zhì)、污水廠運(yùn)行情況等流域水環(huán)境特征。

參考文獻(xiàn)

[1]張善發(fā).城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)溢流與排放污染控制策略與技術(shù)導(dǎo)則[J].中國給水排水，2010，26（18）：31-35.

[2]郭泓利，李鑫瑋，任欽毅，等.全國典型城市污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)特征分析[J].給水排水，2018，44（6）：12-15.

收稿日期：2020-09-10

作者簡介：李書鉞（1984-），男，漢族，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槭姓こ碳八廴究刂乒こ獭?/p>