污水廠尾水受納水體水環境容量分析

孫雪梅，何 琦，王萌萌

（1.濟南市水文局，山東 濟南 250011；2.中國城市建設研究院有限公司山東分院，山東 濟南 250101）

水環境容量是滿足水功能區劃確定的水環境質量標準要求的最大河道允許污染負荷量，體現了在一定的水域水體能夠被繼續使用并仍保持良好生態系統時，所能容納的外來水量及污染物的最大能力，即水體的水環境承載能力，因此水體水環境容量在當地環境中十分重要。

1 影響水體水環境容量的因素分析

1.1 水體的自凈能力

水體自凈大致分為3 類，即物理凈化、化學凈化和生物凈化。它們同時發生相互影響，共同作用，水體的污染與凈化互相并存，相對穩定，最終達到一種生態平衡狀態。

1.2 水環境質量目標

按水質對環境的影響來劃分，地表水體可分為五類水域功能，不同的水環境功能區有不同的水環境質量目標，分別執行相應類別的標準值。依據地表水水域環境功能和保護目標，按功能高低依次劃分為以下五類：

Ⅰ類主要適用于源頭水、國家自然保護區；Ⅱ類主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級保護區、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產卵場、仔稚幼魚的索餌場等；Ⅲ類主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級保護區、魚蝦類越冬場、洄游通道、水產養殖區等漁業水域及游泳區；IV 類主要適用于一般工業用水區及人體非直接接觸的娛樂用水區；V 類主要適用于農業用水區及一般景觀要求水域。

1.3 水體污染物和污染源

水體主要污染物分為物理性污染和化學性污染兩大類。物理性污染是指由物理因素引起的環境污染，如：放射性輻射、電磁輻射、噪聲、光污染等，包括顆粒狀物污染、熱污染、放射性污染物；化學性污染主要是指有機或無機農用化學物質、食品添加劑、食品包裝容器和工業廢棄物的污染，汞、鎘、鉛、氯化物、有機磷機化合物等所造成的污染。包括無機無毒物、無機有毒物、有機無毒物、有機有毒物等。

一般的城市污水處理廠出水，執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）標準。但是僅僅限定這些還是不夠的，還必須分析受納水體的環境允許量。

2 污水廠受納水體水環境容量的確定

2.1 水環境容量計算的方法

采用完全混合模型對水體水環境容量進行估算。由于水環境容量是在水資源利用水域內，在給定的水質目標、設計流量和水質條件的基礎上，水體所能容納污染物的最大數量按照污染物降解機理，水環境容量可劃分為稀釋容量、自凈容量和遷移容量3 部分，即：

式中：W稀釋為稀釋容量，是指在給定水域的來水污染物濃度低于出水水質目標時，依靠稀釋作用達到水質目標所能承納的污染物量。W自凈為自凈容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化學和生物作用，給定水域達到水質目標所能自凈的污染物量。W遷移為遷移容量是指污染物從給定水域排出、進入另一個水域的污染物量。其中，自凈容量的計算公式為：

式中：W自凈為降解容量，即自凈容量，t/a；K為綜合降解系數，1/d；V 為水體體積，m；Cs為水環境質量目標，mg/L。

2.2 水體在不同綜合降解系數下的水環境容量

條件設定：污染物來源在一定時段內保持穩定；整個水系的環境容量均衡；計算過程不考慮水體斷面交換的流入、流出容量。污水廠排放污水和給定水域的水質相同，且污水進入給定水體后沒有外排至其他水體；水環境質量目標一定。則水環境容量公式中稀釋容量和遷移容量均為零。那么，水環境容量的大小就取決于水體的自凈能力。水體自凈容量的大小又取決水體綜合降解系數“K”。

根據《全國地表水水環境容量核定》，不同水體的綜合降解系數的大小也不同，如表1 所示。

表1 水質降解系數參考值

由表1 可以看出，水質及生態環境狀況越好，即水質條件、水體流動性越好，水體的綜合降解系數越高。隨著水體污染物降解系數K 值的增大，水系的COD、氨氮的水環境容量就會提高。因此，采取措施改善水體的流動性和水質條件，可增大水系的水體污染物降解系數，增強河道水體的自凈能力，提高該水體的水環境容量。

圖1 為污水廠排污量一定的情況下，污水廠出水排放至不同綜合降解系數的受納水體時，受納水體的水環境容量和污水廠排污量對比示意圖。

圖1 不同降解系數K 值下氨氮的水環境容量（K1

1）當 k（COD/氨氮）=K1 時，污水廠排污量大于水體的水環境容量，則受納水體無法依靠自凈能力恢復至原水質，容易形成黑臭水體。

2）當 k（COD/氨氮）＝K2 時，污水廠排污量等于水體的水環境容量，則受納水體依靠自凈能力恢復至原水質，維持原水體水質條件平衡。

3）當 k（COD/氨氮）＝K3 時，污水廠排污量小于水體的水環境容量，則受納水體依靠自凈能力可輕松將排入的污染物分解，保持、甚至高于其原水體水質。

2.3 污水廠出水水質對收納河道水質影響模擬

以某城市污水廠出水排至某河為例，采用水質模型模擬在污水廠排水標準不同的情況下對河道的水質影響。河道上游來水為地表Ⅳ類水，CODcr 綜合衰減系數取0.2d-1。

各污水廠按地表Ⅳ類水達標排放，徒駭河下游（四新河前斷面）CODcr 濃度25.7 mg/L，在地表Ⅳ類水范圍內，說明污水廠出水排放污染物量小于河道本段水環境容量，如圖2 所示。

圖2 接受尾水地表Ⅳ類河道水質沿程變化

各污水廠按地表Ⅴ類水達標排放，河道下游CODcr 濃度30.2 mg/L，剛好維持在地表Ⅳ類水范圍內，說明污水廠出水排放污染物量約等于徒駭河本段水環境容量，如圖3 所示。

圖3 接受尾水地標Ⅴ類河道水質沿程變化

各污水廠按一級A 達標排放，徒駭河下游（四新河前斷面）CODcr 濃度34.6 mg/L，超出地表Ⅳ類水范圍，說明污水廠出水排放污染物量大于徒駭河本段水環境容量，如圖4 所示。

圖4 接受尾水一級A 河道水質沿程變化

3 結 語

1）人們在生產生活中利用并污染了水，就必須處理好污水治理與合理排放，污水處理廠作為人們保護環境的一項必要工程措施，必須將納污及尾水排放與當地水環境生態相融合。

2）水環境容量的控制應該建立一整套的科學管理體制，包括水環境生態的建立、水環境容量的確定以及污染物控制法規等。

3）做好污水廠尾水的資源化利用，是節約常規水資源的有效途徑，也是保障水環境容量平衡的有效措施。