再生水補(bǔ)給的景觀河道水質(zhì)與富營養(yǎng)化狀態(tài)評價(jià)

馬麗媛

(1.天津泰達(dá)新水源科技開發(fā)有限公司，天津 300457;2.天津泰達(dá)水業(yè)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(lì)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(biāo)準(zhǔn)不斷提升，使污水再生回用于景觀環(huán)境用水更加可行，回用量逐年遞增。

污水處理廠目前多數(shù)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定出水COD≤50mg/L、NH3-N≤5mg/L、TN≤15mg/L、TP≤0.5mg/L。部分省市地區(qū)制定了更為嚴(yán)格的地方(區(qū)域)標(biāo)準(zhǔn)。北京市制定的《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/890-2012)和天津市制定的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(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(biāo)之后的污水處理廠的尾水，主要污染物指標(biāo)非常接近《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅳ類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，與景觀用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也相差不多。故在水資源嚴(yán)重短缺的今天，利用污水處理廠高標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)深度處理后作為景觀再生水大規(guī)模用于河湖時(shí)，在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、水質(zhì)保持等方面仍然存在一些問題[1-2]。

本文監(jiān)測了天津開發(fā)區(qū)東區(qū)景觀河道2018年3月至2019年2月的水質(zhì)，依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)其水質(zhì)狀況，按照《城市黑臭水體整治工作指南》對其黑臭等級進(jìn)行評價(jià)，并應(yīng)用綜合營養(yǎng)指數(shù)法進(jìn)行營養(yǎng)化狀態(tài)評價(jià)，分析富營養(yǎng)化原因并提出保護(hù)措施，以期對同類湖泊水體的水質(zhì)管理提供借鑒。

1 評價(jià)對象概況

天津開發(fā)區(qū)東區(qū)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(bǔ)充水源，是以本地污水處理廠出水為原水經(jīng)連續(xù)微濾處理后的景觀再生水，進(jìn)入寬河道首端。該水廠執(zhí)行天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 12/599-2015)A標(biāo)準(zhǔn)。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(dá)人工景觀湖供水，因泰達(dá)人工景觀湖需水量不多，一般只在夏季進(jìn)行少量補(bǔ)水，冬季不進(jìn)行補(bǔ)水，景觀河道流動性差，冬季景觀河道處于封閉狀態(tài)。景觀河道沿線兩岸無點(diǎn)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(fù)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(xiàn)綠色，有富營養(yǎng)化特征。

2 評價(jià)因子與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

此次評價(jià)選擇的參數(shù)為透明度、高錳酸鹽指數(shù)、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(dāng)?shù)睾娱L制管理，采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)，按照《城市黑臭水體整治工作指南》對其黑臭等級進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及檢測方法見表1。

表1 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及檢測方法

3 水質(zhì)監(jiān)測

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

4 結(jié)果與評價(jià)

4.1 水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果與評價(jià)

選取2018年6月、2018年11月監(jiān)測數(shù)據(jù)代表夏季、冬季景觀河道水質(zhì)，依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果顯示，CODCr、TN超標(biāo)，其中CODCr在限值附近波動，偶爾略有超標(biāo)；TN則持續(xù)超標(biāo)，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(jìn)行評價(jià)，景觀河道不屬于黑臭水體，夏季、冬季均無黑臭現(xiàn)象發(fā)生。水質(zhì)評價(jià)情況見表2。

表2 水質(zhì)評價(jià)情況統(tǒng)計(jì)

4.2 水質(zhì)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(yōu)勢生長，造成種群結(jié)構(gòu)失衡，用水生態(tài)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。水體應(yīng)有的自凈能力也因?yàn)闆]有生物鏈而大大減弱。

5 水體富營養(yǎng)化評價(jià)

5.1 評價(jià)方法

中國環(huán)境監(jiān)測總站規(guī)定應(yīng)用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(TLI)評價(jià)湖泊(水庫)營養(yǎng)狀況[3]。選取的評價(jià)參數(shù)為CODMn、SD、Chla、TP、TN。其計(jì)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(dāng)前發(fā)病率已經(jīng)呈現(xiàn)不斷上升的態(tài)勢,通過外科手術(shù)做永久性乙狀結(jié)腸造口,即人工肛門。受到結(jié)腸造口的影響,患者往往發(fā)生控便能力障礙、外觀改變、散發(fā)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(yīng)該積極提升患者的自我護(hù)理能力,減少患者的社會交往障礙[1]。本次研究針對本院實(shí)施結(jié)腸造口手術(shù)之后的患者開展護(hù)理干預(yù),分析其對患者自我護(hù)理能力提升的效果。

TLI(Σ)=ΣWj·TLI(j)

(1)

式中：TLI(Σ)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;TLI(j)為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

各參數(shù)的TLI計(jì)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(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為

(7)

式中：rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chla的相關(guān)系數(shù)；M為評價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。

表3 中國湖泊(水庫)部分參數(shù)與Chla的相關(guān)系數(shù)[4]

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(Σ)的分級標(biāo)準(zhǔn)為：TLI(Σ)<30，貧營養(yǎng)；30≤TLI(Σ)≤50，中營養(yǎng)；TLI(Σ)>50，富營養(yǎng)；50≤TLI(Σ)≤60，輕度富營養(yǎng)；6070為重度富營養(yǎng)。

5.2 評價(jià)結(jié)果

2018年3月至2019年2月，連續(xù)監(jiān)測CODMn、SD、Chla、TP、TN水質(zhì)參數(shù)，應(yīng)用綜合營養(yǎng)指數(shù)法評價(jià)水體的營養(yǎng)化狀態(tài)，結(jié)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(yǎng)化，其余月份為中度富營養(yǎng)化。說明水溫升高會增加水體的綜合營養(yǎng)指數(shù)，加重水體的富營養(yǎng)化程度。

表4 景觀河道每月綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和富營養(yǎng)狀態(tài)

6 分析與建議

6.1 富營養(yǎng)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(qū)，自凈能力差。同時(shí)，夏季水溫較高、補(bǔ)水量小于蒸發(fā)量，水體自然蒸發(fā)濃縮后導(dǎo)致氮和磷元素的積累，所以水體富營養(yǎng)化呈現(xiàn)出隨氣溫變化的特征[5]。

河底底泥內(nèi)源污染也是造成富營養(yǎng)化的原因之一。景觀河道有約20cm厚底泥，且局部地段底泥發(fā)黑，在還原狀態(tài)下底泥會釋放磷酸鹽，從而增加水體中磷的含量。當(dāng)?shù)讓铀趿康投幱谶€原狀態(tài)時(shí)(通常在夏季分層時(shí)出現(xiàn))，磷酸鹽會被釋放到水中導(dǎo)致水體TP含量增高，易發(fā)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象[6-7]。

表5 標(biāo)準(zhǔn)中氨氮、總磷和總氮限值比較

該景觀河道的補(bǔ)水水源為再生水，補(bǔ)水水質(zhì)按《城市污水再生利用 景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB/T 18921-2019)中觀賞性景觀環(huán)境用水的河道類標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，因該標(biāo)準(zhǔn)中的限值較低，利用再生水作為景觀水時(shí)，要注意再生水中的N、P含量，關(guān)鍵性指標(biāo)如NH3-N、TP和TN等標(biāo)準(zhǔn)比較見表5。國際上一般認(rèn)為當(dāng)水體中的TN和TP濃度分別達(dá)到0.2mg/L和0.02mg/L，就有可能發(fā)生水華現(xiàn)象[8]。圖1、圖2為河道補(bǔ)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(yuǎn)超出了發(fā)生富營養(yǎng)的氮磷條件，因此，僅通過再生水進(jìn)行補(bǔ)水，不能改善景觀河道的富營養(yǎng)化狀態(tài)，只能改善其流動性。

圖1 河道補(bǔ)給再生水年度TP變化趨勢

圖2 河道補(bǔ)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(nèi)源污染以及補(bǔ)給的再生水TN、TP濃度較高是造成景觀河道富營養(yǎng)化的主要原因。

通過進(jìn)行景觀河道水質(zhì)與富營養(yǎng)化程度綜合評價(jià)分析，針對其整體水質(zhì)狀態(tài)，提出以下幾點(diǎn)建議，以期改善水質(zhì)、消除富營養(yǎng)化。

a.對景觀河道進(jìn)行疏浚，清除多年來沉積的污染源，消除底泥內(nèi)源污染。

b.《天津市綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(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(bǔ)給，具有重要的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益，但用再生水補(bǔ)給一般景觀水體，會導(dǎo)致景觀水體的易富營養(yǎng)化。因而適度補(bǔ)充再生水、增加河道水量，改善其流動性。

c.適當(dāng)收割河道水體中的蘆葦，并在規(guī)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(shí)間內(nèi)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(jié) 語

本文監(jiān)測了天津開發(fā)區(qū)東區(qū)景觀河道2018年3月至2019年2月的水質(zhì)，并按照《城市黑臭水體整治工作指南》對該河道黑臭等級進(jìn)行了評價(jià)。雖然評價(jià)結(jié)果顯示，景觀河道不屬于黑臭水體，但應(yīng)用綜合營養(yǎng)指數(shù)法評價(jià)其水體的營養(yǎng)化狀態(tài)后，發(fā)現(xiàn)該河道在2018年8月、9月、10月為重度富營養(yǎng)化，其余月份為中度富營養(yǎng)化。經(jīng)分析富營養(yǎng)化原因，發(fā)現(xiàn)水體流動性差、自凈能力低、河底底泥內(nèi)源污染和補(bǔ)給的再生水TN、TP濃度較高均是造成景觀河道富營養(yǎng)化的主要原因。因此，僅通過再生水給水體補(bǔ)水，并不能改善景觀河道的富營養(yǎng)化狀態(tài)，只能改善其流動性。仍需通過清除河道底泥、適度補(bǔ)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(zhì)狀態(tài)。