再生水補給的景觀河道水質與富營養化狀態評價

馬麗媛

(1.天津泰達新水源科技開發有限公司，天津 300457;2.天津泰達水業有限公司，天津 300457)

我國是水資源貧乏的國家，人均占有水資源量只有世界水平的1/4。為緩解水資源短缺，《水法》明確提出鼓勵使用再生水，提高污水再生利用率。污水再生回用的話題越來越受到重視，特別是隨著污水處理廠排放標準不斷提升，使污水再生回用于景觀環境用水更加可行，回用量逐年遞增。

污水處理廠目前多數執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級A標準，規定出水COD≤50mg/L、NH3-N≤5mg/L、TN≤15mg/L、TP≤0.5mg/L。部分省市地區制定了更為嚴格的地方(區域)標準。北京市制定的《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》(DB 11/890-2012)和天津市制定的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(DB 12/599-2015)，要求出水COD≤30mg/L、NH3-N≤1.5mg/L、TP≤0.3mg/L等。這種提標之后的污水處理廠的尾水，主要污染物指標非常接近《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)Ⅳ類質量標準，與景觀用再生水水質標準也相差不多。故在水資源嚴重短缺的今天，利用污水處理廠高標準超凈排放的出水，再生回用于景觀河道湖泊水體，是非常值得廣泛施行的。但是，這種類Ⅳ類水體的污水處理廠尾水經深度處理后作為景觀再生水大規模用于河湖時，在執行標準、水質保持等方面仍然存在一些問題[1-2]。

本文監測了天津開發區東區景觀河道2018年3月至2019年2月的水質，依據《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)Ⅴ類標準評價其水質狀況，按照《城市黑臭水體整治工作指南》對其黑臭等級進行評價，并應用綜合營養指數法進行營養化狀態評價，分析富營養化原因并提出保護措施，以期對同類湖泊水體的水質管理提供借鑒。

1 評價對象概況

天津開發區東區景觀河道由東西向的寬河道和南北向的窄河道組成。寬河道總長2275.0m，水面平均寬80.0m，平均水深1.1m，蓄水容量約20.0萬m3。窄河道總長1700.0m，水面平均寬10.0m，平均水深1.1m，蓄水容量約1.9萬m3。河道的唯一補充水源，是以本地污水處理廠出水為原水經連續微濾處理后的景觀再生水，進入寬河道首端。該水廠執行天津市《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(DB 12/599-2015)A標準。該景觀河道水體為滯緩流，在窄河道末端建有供水泵站，向泰達人工景觀湖供水，因泰達人工景觀湖需水量不多，一般只在夏季進行少量補水，冬季不進行補水，景觀河道流動性差，冬季景觀河道處于封閉狀態。景觀河道沿線兩岸無點源污染，面源污染以各類降水形成的入河地表徑流所攜帶的污染負荷及入河的綠化灌溉水污染為主。河道水體流動性差，夏季呈現綠色，有富營養化特征。

2 評價因子與評價標準

此次評價選擇的參數為透明度、高錳酸鹽指數、溶解氧、NH3-N、TP、TN、CODCr、氧化還原電位、葉綠素a。該景觀河道為一般景觀水體，已納入當地河長制管理，采用《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)Ⅴ類標準進行水質評價，按照《城市黑臭水體整治工作指南》對其黑臭等級進行評價。評價標準及檢測方法見表1。

表1 評價標準及檢測方法

3 水質監測

景觀河道以寬河道進口為起點、窄河道出口為終點，沿水流方向依次在寬河道進水口和中游、窄河道進出水處設置采樣點(分別為寬進、寬出、窄進、窄出)。2018年3月至2019年2月進行采樣監測，并評價其水質情況。因河水較淺，故不進行分層采樣，在每個點位的河水液面以下0.5m處采樣。

4 結果與評價

4.1 水質監測結果與評價

選取2018年6月、2018年11月監測數據代表夏季、冬季景觀河道水質，依據《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)Ⅴ類標準進行評價。結果顯示，CODCr、TN超標，其中CODCr在限值附近波動，偶爾略有超標；TN則持續超標，最高超出限值300%。按照《城市黑臭水體整治工作指南》對黑臭等級進行評價，景觀河道不屬于黑臭水體，夏季、冬季均無黑臭現象發生。水質評價情況見表2。

表2 水質評價情況統計

4.2 水質比較與分析

由表2可以看出TP、TN、NH3-N、CODCr隨水流方向有減少的趨勢，說明河道有一定的自凈能力，但自凈能力較弱。河道蘆葦優勢生長，造成種群結構失衡，用水生態的平衡、生物鏈的連接、水體自凈能力的提高等要求來衡量，水體中的生物太少，多樣性遠遠不夠。水體應有的自凈能力也因為沒有生物鏈而大大減弱。

5 水體富營養化評價

5.1 評價方法

中國環境監測總站規定應用綜合營養狀態指數法(TLI)評價湖泊(水庫)營養狀況[3]。選取的評價參數為CODMn、SD、Chla、TP、TN。其計算公式為

在臨床上比較多見的腸道惡性腫瘤要屬直腸癌,當前發病率已經呈現不斷上升的態勢,通過外科手術做永久性乙狀結腸造口,即人工肛門。受到結腸造口的影響,患者往往發生控便能力障礙、外觀改變、散發異味等不良情況,對生活造成極大的影響,造成較大的心理壓力。因此應該積極提升患者的自我護理能力,減少患者的社會交往障礙[1]。本次研究針對本院實施結腸造口手術之后的患者開展護理干預,分析其對患者自我護理能力提升的效果。

TLI(Σ)=ΣWj·TLI(j)

(1)

式中：TLI(Σ)為綜合營養狀態指數;Wj為第j種參數的營養狀態指數的相關權重;TLI(j)為第j種參數的營養狀態指數。

各參數的TLI計算公式為

TLI(Chla)=10(2.5+1.086ln Chla)

(2)

TLI(TP)=10(9.436+1.624ln TP)

(3)

TLI(TN)=10(5.453+1.694ln TN)

(4)

TLI(SD)=10(5.118-1.94ln SD)

(5)

(6)

以Chla作為基準參數，則第j種參數的歸一化的相關權重計算公式為

(7)

式中：rij為第j種參數與基準參數Chla的相關系數；M為評價參數的個數。

表3 中國湖泊(水庫)部分參數與Chla的相關系數[4]

綜合營養狀態指數TLI(Σ)的分級標準為：TLI(Σ)<30，貧營養；30≤TLI(Σ)≤50，中營養；TLI(Σ)>50，富營養；50≤TLI(Σ)≤60，輕度富營養；6070為重度富營養。

5.2 評價結果

2018年3月至2019年2月，連續監測CODMn、SD、Chla、TP、TN水質參數，應用綜合營養指數法評價水體的營養化狀態，結果見表4。由表4可以看出，該河道在2018年8月、9月、10月為重度富營養化，其余月份為中度富營養化。說明水溫升高會增加水體的綜合營養指數，加重水體的富營養化程度。

表4 景觀河道每月綜合營養狀態指數和富營養狀態

6 分析與建議

6.1 富營養化原因分析

景觀河道平均水深為1.1m，水淺，河水流動性差，易形成死水區，自凈能力差。同時，夏季水溫較高、補水量小于蒸發量，水體自然蒸發濃縮后導致氮和磷元素的積累，所以水體富營養化呈現出隨氣溫變化的特征[5]。

河底底泥內源污染也是造成富營養化的原因之一。景觀河道有約20cm厚底泥，且局部地段底泥發黑，在還原狀態下底泥會釋放磷酸鹽，從而增加水體中磷的含量。當底層水含氧量低而處于還原狀態時(通常在夏季分層時出現)，磷酸鹽會被釋放到水中導致水體TP含量增高，易發生富營養化現象[6-7]。

表5 標準中氨氮、總磷和總氮限值比較

該景觀河道的補水水源為再生水，補水水質按《城市污水再生利用 景觀環境用水水質》(GB/T 18921-2019)中觀賞性景觀環境用水的河道類標準執行，因該標準中的限值較低，利用再生水作為景觀水時，要注意再生水中的N、P含量，關鍵性指標如NH3-N、TP和TN等標準比較見表5。國際上一般認為當水體中的TN和TP濃度分別達到0.2mg/L和0.02mg/L，就有可能發生水華現象[8]。圖1、圖2為河道補水的再生水的TP、TN年度變化趨勢，從中可以看出全年TP在0.05mg/L以上、TN在6mg/L以上，TN和TP濃度都遠超出了發生富營養的氮磷條件，因此，僅通過再生水進行補水，不能改善景觀河道的富營養化狀態，只能改善其流動性。

圖1 河道補給再生水年度TP變化趨勢

圖2 河道補給再生水年度TN變化趨勢

6.2 建議

由以上分析可以看出，該景觀河道流動性差、自凈能力低，河底底泥內源污染以及補給的再生水TN、TP濃度較高是造成景觀河道富營養化的主要原因。

通過進行景觀河道水質與富營養化程度綜合評價分析，針對其整體水質狀態，提出以下幾點建議，以期改善水質、消除富營養化。

a.對景觀河道進行疏浚，清除多年來沉積的污染源，消除底泥內源污染。

b.《天津市綠色建筑設計標準》(DB 29-205-2015)要求:景觀用水水源不得采用市政自來水和地下井水。再生水回用作為景觀水體補給，具有重要的環境、經濟和社會效益，但用再生水補給一般景觀水體，會導致景觀水體的易富營養化。因而適度補充再生水、增加河道水量，改善其流動性。

c.適當收割河道水體中的蘆葦，并在規劃的前提下，在水中種植品種多樣的挺水植物、浮水植物、沉水植物，爭取在較短的時間內形成多種水生植物群落，增加水中生物的多樣性，提高水體自凈能力。

7 結 語

本文監測了天津開發區東區景觀河道2018年3月至2019年2月的水質，并按照《城市黑臭水體整治工作指南》對該河道黑臭等級進行了評價。雖然評價結果顯示，景觀河道不屬于黑臭水體，但應用綜合營養指數法評價其水體的營養化狀態后，發現該河道在2018年8月、9月、10月為重度富營養化，其余月份為中度富營養化。經分析富營養化原因，發現水體流動性差、自凈能力低、河底底泥內源污染和補給的再生水TN、TP濃度較高均是造成景觀河道富營養化的主要原因。因此，僅通過再生水給水體補水，并不能改善景觀河道的富營養化狀態，只能改善其流動性。仍需通過清除河道底泥、適度補給再生水、收割蘆葦種植多樣植物等綜合措施來改善景觀河道整體水質狀態。