基于水環境容量的水環境承載力分析

陳 艷，林 斌，張品漢

（1.浙江睿城環境科技有限公司，浙江 溫州 325000；2.福建省環境保護設計院有限公司，福建 福州 350000）

水環境容量的計算是實施水污染物容量總量控制的基礎，通過對水環境容量的分析與計算，確定水環境容量保護與利用的合理界限，使水污染物排放由目標總量向容量總量控制。影響水域水環境容量的要素很多，概括起來主要有以下四個方面要素：水域特性、環境功能要求、污染物質和排污方式。按照污染物降解機理，水環境容量可劃分為稀釋容量和自凈容量兩部分[1]。實際的水環境容量確定，是在分析稀釋容量與降解容量的基礎上，根據排污方式的限定與環境管理的具體需求，即在不改變排污口位置和水質目標等情況下，確定水域的環境容量。

1 設計條件

1.1 計算單元

在進行水環境容量計算時，研究河段的河流形態未發生顯著變化，擬考慮將該段作為一個整體進行計算，將排入河段的污染源作為輸入條件，進行模擬演算。

1.2 排污口概化

考慮到納污能力計算的復雜性，在實際計算時對排污口和支流口位置進行了概化。本次水環境容量計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 污染源調查

2.1 城市、工業生活污染源

本次計算河段的城市生活污染源僅包含縣城區污水廠，該污水處理廠設計水量為2.5萬 t/d（目前實際處理能力為2萬 t/ d），執行《城鎮污水廠污水污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準（下簡稱一級A標準）。工業污染源主要涉及產業園區污水處理廠，該污水廠現狀水量為0.2萬 t/d，擴建工程啟動后，設計水量為1.5萬 t/d，尾水排放執行一級A標準[2]。

2.2 農村生活污染源

范圍內農村生活污水直接或間接進入河流，根據測算結果，初步估計農村生活人口總計約0.5萬人，根據調查，農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 農田徑流污染源

根據現場調查及相關資料，主要涉及區域農業生產主要作物為水稻，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致的農田氮磷流失，最終隨著地表徑流進入河流，農田徑流污染情況的調查結果如下：氨氮、總磷分別為1.4 kg/d、1.3 kg/d。

2.4 畜禽養殖污染源

研究河段范圍主要處于禁養區范圍內，沿河村落基本無大牲畜養殖，只有少量雞、鴨、鵝、魚養殖，養殖以散養為主，數量不大，污染負荷較小，故不單獨核算。

2.5 城鎮徑流污染源

生活污水收集系統無法完全覆蓋整個城區，部分生活污水未經城市管網零散排放，以城鎮徑流的方式進入河流，折算以城鎮徑流方式排污的人口為1萬人。城鎮徑流污水量與其污染物含量按照城鎮污水處理率、人均排放量進行計算。估算城鎮徑流污水排入計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

本次水環境容量計算過程中，考慮產業園區污水處理廠和縣城區污水廠的排污量對水環境容量計算影響較大，結合實際排污量和規劃排污量的不同，假定兩個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狀。此時，城區污水廠水量2萬t/d，執行一級A標準；產業園區污水處理廠水量0.2萬t/d，執行一級A標準。

模式二：假定產業園區污水處理廠達到遠期的設計規模。此時，兩個污水處理廠皆執行一級A標準，城區污水廠水量2.5萬t/d，產業園區處理廠水量為1.5萬t/d。

3 計算模型

式中，W——（河段）的水質目標值，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，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；31.536——g/s轉化成t/a的轉化系數。

4 參數選取

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，計算河段的設計流量（枯水期）取4 m3/s，計算河段的設計流速（枯水期）取0.2 m/s。，下游控制斷面CODMn、氨氮、總磷水質目標值分別取5.4 mg/ L、0.9 mg/L、0.18 mg/L（預留10%的水環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現狀監測分別取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（α）取0.9，COD與高錳酸鹽指數的換算系數取3.0。

5 計算結果

5.1 理想的水環境容量

以工業、生活點源作為模型正向輸入條件，模擬計算結果為理想水環境容量。

5.2 水環境容量

水環境容量定義為從理想水環境容量中扣除面源污染后的容量值。面源排污主要包括現有點源，生活面源（主要指農村生活源）、分散畜禽養殖、農業徑流和水產養殖等方面的污染。研究河段各面源污染的產物量合計COD為445 kg/d（根據轉換系數折合成CODMn為148.3 kg/d），氨氮為27.4 kg/d，總磷為3.9 kg/d。

5.3 可利用水環境容量

可利用水環境容量定義為理想水環境容量扣除現狀點源入河污染量后的剩余容量，其中點源污染一般包括工業、規模化畜禽養殖和城鎮生活污水污染三類。

經計算，在模式一下，可利用水環境容量如下：CODMn446.2 kg/d、氨氮49.3 kg/d、總磷21.5 kg/d；在模式二下，可利用水環境容量如下：CODMn241 kg/d、氨氮-25.3 kg/ d、總磷15.5 kg/d。

6 水環境容量分析

計算本次水環境容量時，共假定了兩種模式，水環境容量計算結果顯示主要為枯水期氨氮容量出現過載。具體分析如下：

模式一：為兩座污水廠的排污現狀。此時，城區污水廠水量2萬t/d，執行一級A標準；產業園區污水處理廠水量0.2萬t/d，執行一級A標準。此模式下，尚有可利用的水環境容量。

模式二：城區污水廠水量2.5萬t/d，一級A排放標準；產業園區處理廠水量為1.5萬t/d，維持一級A排放標準。此模式下，氨氮容量嚴重過載，水環境容量為-25.3 kg/d。

7 區域污染物削減建議

7.1 提高河流上游城區管網覆蓋率

縣城區污水管網建設滯后，舊（老）城區居民生活污水未經處理或經簡單處理后直接排入河中，污水處理率和達標率相對較低，建議下一階段完善城區內主干道、次干道污水支管的鋪設工作，加大城區及周邊村莊的生活污水收集率，實現舊城區雨污分流，可提高河流水質濃度，降低面源污染物排放量，騰出更多的水環境容量。

7.2 控制農業面源污染

控制排污口下游的城鎮生活點源及農業徑流帶來的面源污染。建議推廣農田生態系統管理的措施，從種植制度、耕作方式、農藥化肥施用方法、灌溉制度等土地利用管理措施入手，控制農田徑流污染。

7.3 持續推進清潔生產，實現污染源頭預防

實施清潔生產不僅可以避免“先污染，后治理”的舊思路，而且可以實現經濟效益和環境效益的有機結合，提高企業的整體素質，充分利用資源、能源，最大限度達到“節能、降耗、減污、增效”的目的。同時，實施清潔生產可以提高企業競爭力，為企業的生存、發展營造良好的環境發展空間。

7.4 加快產業園區污水管網建設，降低水環境污染負荷

要盡快完善產業園區污水廠管網建設，集中收集產業園區現有企業污水，降低河流上游污染物排放量，從流域上游降低水環境污染負荷，可騰出更多的水環境容量。