基于流域水環(huán)境特征分析的污水廠排放標準研究

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，對流域內(nèi)污水廠出水標準進行了研究。污水廠排放標準與流域水文情況、河流水量及水質(zhì)、污染負荷、水環(huán)境容量、污水水量及水質(zhì)、污水廠運行情況等水環(huán)境特征息息相關。通過理論計算、模型驗證兩種方式，分析污水廠不同出水標準情況下，各控制斷面年際和逐日水質(zhì)目標的可達性，為流域污水廠出水標準的分析提供了借鑒方法。

關鍵詞：流域水環(huán)境特征;水環(huán)境容量;排放標準

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：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

為深入貫徹習近平生態(tài)文明思想，全面落實“加強生態(tài)保護與修復，筑牢長江上游重要生態(tài)屏障”的重要指標，重慶市發(fā)布了《重慶市主城區(qū)“清水綠岸”治理提升實施方案》（下稱“實施方案”）。工作目標是到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，其中一項指標就是各河流COD、NH3-N、TP等3項水質(zhì)指標達到地表水IV類或以上標準。流域內(nèi)污水廠排放標準對河流水質(zhì)影響至關重要，既要保障河流控制斷面能夠達標，又要避免“一刀切”的全面提升至準IV類，造成不必要的浪費[1]。在一定的治理目標的前提下，具體到每一個污水廠，排放標準如何確定、是否需要提標、哪些指標需要提標與流域內(nèi)水環(huán)境特征息息相關。

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

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個方面開展，其中，水體治理提升是本項目的重點，而項目范圍內(nèi)污水廠的出水標準對河道的水質(zhì)能否達標起到?jīng)Q定性作用。

1.2 研究方法

分析流域內(nèi)污水廠出水標準，應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準情況下，采用一維數(shù)學模型，根據(jù)《全國水環(huán)境容量核定技術指南》中水環(huán)境容量的公式進行理論計算，驗證控制斷面的年際目標可達性;并采用MIKE水質(zhì)及水動力模型驗證控制斷面的逐日可達性，以此確定污水廠的排放標準。

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個行政區(qū)4個街鎮(zhèn)，人口約26.1萬人。流域范圍屬亞熱帶季風性濕潤氣候，平均降雨量為1088.8mm。

2.2 河道水質(zhì)情況

根據(jù)對該河近一年的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)（COD、NH3-N、TP）結(jié)果分析，得出河道水質(zhì)的綜合評價結(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，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

整個流域有3座城市（鎮(zhèn)）污水廠，A污水廠服務于J區(qū)和D區(qū)（除工業(yè)區(qū)），B工業(yè)污水廠服務于D區(qū)內(nèi)的工業(yè)區(qū)。C污水站規(guī)模較小，方案不對其進行專門分析。A污水廠設計規(guī)模為7萬m3·d-1，設計出水水質(zhì)為一級A標準;其枯水期和雨季的進水量差距較大。流域內(nèi)進入A污水廠進行處理的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)進入B污水廠進行處理的COD、NH3-N、TP僅為22.1%、10.9%、30.7%。

2.3.2 污水管網(wǎng)現(xiàn)狀與評估

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

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 入河污染負荷與水環(huán)境容量分析

按照3個行政區(qū)域劃定計算單元，對污染負荷及環(huán)境容量進行研究。目標水質(zhì)為地表水IV類，經(jīng)過計算各單元水環(huán)境容量與理論削減量見表1：

3 污水廠排放標準研究

3.1 理論計算

A與B污水廠均位于D區(qū)，且兩個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）在對流域內(nèi)排水管網(wǎng)修復、改造、新建等工程后，有效地收集流域內(nèi)的污水后，A和B污水廠將恢復正常運行，出水均為一級A標準;區(qū)段內(nèi)工程后的污染負仍大于環(huán)境容量，導致D區(qū)3#控制斷面無法達標。

（2）若僅將A污水廠出水提標至準IV類，B污水廠維持一級A標出水，D區(qū)段年入河污染負荷在環(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)段目標可達性分析（A污水廠出水為準Ⅳ類）

單元名稱 指標 環(huán)境容量（t·a-1） 入河污染負荷（t·a-1） 目標可達性

均為一級A A準Ⅳ類

B一級A 均為一級A A準Ⅳ類

B一級A 均為一級A A準Ⅳ類

B一級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 模型驗證

以上理論計算D區(qū)段入河污染負荷在環(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)達到目標水質(zhì)要求。因此，需通過模型進行進一步論證，本次模擬共設置4種方案進行模擬。

（1）方案1：現(xiàn)狀情況（河道未進行整治）。

（2）方案2：A污水廠和B污水廠均按設計一級A標排水（河道經(jīng)過其他工程措施整治）。

（3）方案3：A污水廠提標到Ⅳ類標準，B污水廠保持一級A標排水。

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

對以上4種方案進行模擬計算，模擬結(jié)果見圖2。

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

綜上所述，A污水廠提標到準Ⅳ類出水、B污水廠設計出水水質(zhì)為一級A標，無法達到“實施方案”的水質(zhì)要求，因此，需要對A污水廠和B污水廠出水同時進行提標，A污水廠COD、NH3-N、TP提標到準Ⅳ類標準、B污水廠COD維持一級A出水，NH3-N、TP提標到準Ⅳ類標準。

4 結(jié)論及建議

根據(jù)重慶市“實施方案”的要求，對研究流域內(nèi)A、B污水廠排放標準進行了研究，不同的污水廠其出水標準是有差異的。通過本案例研究，探索出了確定山地城市流域內(nèi)污水廠排放標準的方法，應該將污水廠放入流域范圍進行研究，綜合考慮水文情況、河流水量及水質(zhì)、污染負荷、水環(huán)境容量、污水水量及水質(zhì)、污水廠運行情況等流域水環(huán)境特征。

參考文獻

[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導則[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，高級工程師，研究方向為市政工程及水污染控制工程。