基于減污降碳和水質(zhì)目標(biāo)約束下的黃河干流蘭州段城區(qū)污水處理廠出水排放限值研究

彭定華，張 輝，馬雪菲，黃 河

生態(tài)環(huán)境部黃河流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與科學(xué)研究中心，河南 鄭州 450004

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化程度及居民生活水平不斷提高，水資源開發(fā)利用強(qiáng)度日益增大，水資源短缺既是制約各地高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，也是部分河湖水質(zhì)超標(biāo)、水生態(tài)系統(tǒng)退化等問題的重要原因[1-2].城鎮(zhèn)污水處理廠是改善城市水環(huán)境的基本工具，能有效去除廢污水中的有害物質(zhì)和污染物，減少水環(huán)境污染物排放[3-4].已有研究[5-6]表明，近年來，我國污水處理廠的污染物去除率呈現(xiàn)出持續(xù)上升趨勢，2007-2017 年NH3-N 去除率由75.1%升至90.9%，TP 去除率由72.3%升至83.0%，懸浮物(SS)去除率由89.4%升至92.0%，COD 去除率由84.2%升至87.2%，這說明污水處理廠在水環(huán)境改善及水資源循環(huán)利用中起到重要作用.然而，在污水處理過程中，含氮污染物(TN)硝化或反硝化作用產(chǎn)生的N2O、有機(jī)物(BOD5或COD)在厭氧環(huán)境去除過程中轉(zhuǎn)化的CH4，以及脫水干污泥滯留廠界內(nèi)產(chǎn)生的CH4均會直接產(chǎn)生大量的碳排放[7-8]；污水處理廠能耗、熱耗、藥耗也會間接產(chǎn)生大量的碳排放[9-12].據(jù)統(tǒng)計(jì)，污水處理行業(yè)的碳排放量已被公認(rèn)為是前十大碳排放行業(yè)之一，污水處理廠產(chǎn)生的溫室氣體量約占全球向大氣排放的溫室氣體量的1.6%[13-16].隨著管理要求日趨嚴(yán)格，污水處理廠出水水質(zhì)要求不斷提高，需要污水處理廠不斷實(shí)施提標(biāo)改造，優(yōu)化處理工藝，一方面會增加污水處理過程中的直接碳排放，另一方面會增加污水處理能耗、藥耗，間接導(dǎo)致碳排放增加[17-19].

蘭州市地處中國西北部、黃河上游，黃河自西南流向東北橫穿蘭州市全境.《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》《黃河生態(tài)保護(hù)治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動方案》《關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》《減污降碳協(xié)同增效實(shí)施方案》等文件相繼印發(fā)，加之《中華人民共和國黃河保護(hù)法》的出臺并于2023 年4 月1 日實(shí)施，對黃河流域水環(huán)境治理提出新的更高要求.《黃河生態(tài)保護(hù)治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動方案》《關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》明確提出：到2025 年，黃河干流上中游(花園口以上)水質(zhì)達(dá)到GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn).作為城市污水“凈化器”，污水處理廠在城市水環(huán)境改善中發(fā)揮著無可替代的作用.《減污降碳協(xié)同增效實(shí)施方案》中明確提出要推進(jìn)水環(huán)境治理協(xié)同控制，大力推進(jìn)污水資源化利用，開展城鎮(zhèn)污水處理和資源化利用碳排放測算，優(yōu)化污水處理設(shè)施能耗和碳排放管理.已有研究[20-21]表明，一味地提高污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)的做法并不一定有利于碳減排和環(huán)境綜合效益，甚至有可能產(chǎn)生負(fù)面作用.如張?jiān)赖萚22]通過城鎮(zhèn)污水處理廠全流程環(huán)節(jié)的碳排放研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)提高污水處理廠出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有利于污染物減排，從而實(shí)現(xiàn)污水處理廠碳減排，如果為追求處理效果，一味提標(biāo)改造，會增加污水處理廠運(yùn)營成本，導(dǎo)致污水處理廠碳排放增加.

蘭州市污水處理廠均位于城鎮(zhèn)等人口密集區(qū)下游，排污口基本位于區(qū)域內(nèi)地勢最低點(diǎn).西固、七里河安寧、鹽場和雁兒灣污水處理廠等主要處理設(shè)施均位于黃河干流沿岸.2020 年，蘭州市城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施污水處理總量約為2.2×108m3，主城區(qū)西固、七里河安寧、鹽場和雁兒灣四座污水處理廠污水處理總量約為2.1×108m3，占比在95%以上.本研究對蘭州市城區(qū)四座污水處理廠2019-2021 年以及2022 年1-6 月提標(biāo)改擴(kuò)建工程投入試運(yùn)行期間主要污染物排放濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析了四座污水處理廠中水回用情況、減排效果以及入河排污對黃河蘭州段水質(zhì)的影響，梳理了黃河流域城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行情況相關(guān)研究成果；同時(shí)基于以上統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，綜合考慮減污降碳、黃河干流蘭州段水質(zhì)目標(biāo)及管理部門要求等，分別提出四座污水處理廠出水排放限值，結(jié)合政策要求，對蘭州市城區(qū)污水處理廠運(yùn)行提出建議，以期為后續(xù)污水處理廠出水排放限值研究提供方法參考.

1 研究方法

1.1 蘭州市城區(qū)四座污水處理廠主要污染物排放濃度

1.1.1 主要污染物批復(fù)排放濃度

蘭州市城區(qū)四座污水處理廠入河排污口設(shè)置于2016年底批復(fù)，主要污染物排放濃度批復(fù)值如表1 所示.

表1 黃河干流蘭州段四座城區(qū)污水處理廠主要污染物排放濃度批復(fù)值Table 1 Approved values of discharge concentrations of major pollutants of the four sewage treatment plants in Lanzhou Section of the Yellow River Main Stream

1.1.2 主要污染物實(shí)際排放濃度

筆者分別對西固、七里河安寧、鹽場及雁兒灣四座污水處理廠2019-2021 年主要污染物排放濃度在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)將四座污水處理廠2019-2021 年主要污染物排放濃度分別進(jìn)行合并統(tǒng)計(jì)(其中NH3-N 濃度按照水溫WT≤12 ℃、WT>12 ℃分別統(tǒng)計(jì)，見圖1).特征值包括最小值、50th百分位值、80th百分位值、90th百分位值、95th百分位值、最大值及平均值7 項(xiàng).

圖1 黃河干流蘭州段四座城區(qū)污水處理廠2019-2021 年主要污染物排放濃度Fig.1 Discharge concentration of major pollutants of the four sewage treatment plants in Lanzhou Section of the Yellow River Main Stream from 2019 to 2021

自2018 年開始，七里河安寧、鹽場及雁兒灣污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改擴(kuò)建，分別于2022 年10 月、2022 年6 月、2021 年12 月完成并投入運(yùn)行，其中七里河安寧污水處理廠完成部分切換.考慮到污水處理廠改擴(kuò)建可能造成的影響，本研究對四座污水處理廠2022 年1-6 月主要污染物排放濃度在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2 所示.

1.2 蘭州市城區(qū)四座污水處理廠中水回用情況及減排效果

1.2.1 中水回用情況

基于2019-2021 年四座污水處理廠出水量、回用量及排放量，對四座污水處理廠中水回用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2 所示.根據(jù)四座污水處理廠的出水量及回用量數(shù)據(jù)，計(jì)算出蘭州市城區(qū)四座污水處理廠中水回用率分別為2.92%、0.86%、4.66%和1.91%.

1.2.2 減排效果

1.2.2.1 主要污染物去除率

通過改擴(kuò)建，七里河安寧污水處理廠工藝由原“復(fù)合式AO 工藝”升級為“改良A2/O+MBR 膜工藝”；鹽場污水處理廠工藝由原“SBR 的典型工藝-TCBS 工藝”升級為“A2/O+MBR 膜處理工藝”；雁兒灣污水處理廠在原“A2/O 工藝”基礎(chǔ)上增加了膜處理工藝，升級為“A2/O+MBBR、A2/O+MBR 膜工藝”；西固污水處理廠自2012 年投運(yùn)以來未進(jìn)行提標(biāo)改造，工藝為“改良A2/O”.根據(jù)各污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水的主要污染物濃度，對四座污水處理廠主要污染物去除率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3 所示.由表3 可見：四座污水處理廠COD 去除率介于88.9%~94.2%之間；NH3-N 去除率介于87.5%~90.0%(WT>12 ℃)、80.0%~84.0%(WT≤12 ℃)之間；BOD5去除率介于94.4%~97.2%之間；TN 去除率介于66.7%~76.9%之間；TP去除率介于87.5%~96.2%之間；SS 去除率介于96.0%~98.8%之間.

表3 黃河干流蘭州段四座城區(qū)污水處理廠主要污染物去除率Table 3 Removal efficiency of major pollutants of the four sewage treatment plants in Lanzhou Section of the Yellow River Main Stream

1.2.2.2 實(shí)際減排效果

采用各污水處理廠2019-2021 年實(shí)際處理量、進(jìn)出水主要污染物在線監(jiān)測濃度平均值，對四座污水處理廠2019-2021 年主要污染物COD、NH3-N 的減排量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表4 所示.由表4 可見，2019-2021 年COD 年均減排量介于13 021.4~46 677.1 t 之間，NH3-N 年均減排量介于743.1~3 297.7 t 之間.

表4 黃河干流蘭州段四座城區(qū)污水處理廠主要污染物減排量Table 4 Major pollutants emission reduction of the four sewage treatment plants in Lanzhou Section of the Yellow River Main Stream

1.3 污水處理廠運(yùn)行階段碳排放分析

目前，污水處理廠碳排放核算方法主要參考聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)提供的《2006 年IPCC 國家溫室氣體清單指南》（簡稱“《IPCC 指南》”），將污水處理廠碳排放分為直接碳排放和間接碳排放[23-24].根據(jù)《IPCC 指南》，生物降解過程中排放的CO2因其碳元素源于空氣中的CO2，對空氣碳平衡影響有限，不納入國家碳排放總量的核算范圍.在污水處理廠運(yùn)行過程中直接向空氣排放的CH4、N2O 及外加碳源轉(zhuǎn)化排放的CO2，稱為直接碳排放，且直接碳排放中N2O 的排放量與TN 的去除率成正比，CO2的排放量與外加碳源量成正比，CH4的排放量與尾泥量成正比.污水處理廠運(yùn)行過程中的能耗、物耗產(chǎn)生的碳排放，稱為間接碳排放，且間接碳排放量與污水處理廠用電量及物耗成正比[25-29].郭盛杰等[30]研究認(rèn)為，我國北方地區(qū)(含黃河流域)溫室氣體單位排放強(qiáng)度顯著高于南方地區(qū).分析其原因，一方面由于北方地區(qū)排水系統(tǒng)中雨水、地下水等外來水較少，導(dǎo)致北方地區(qū)污水處理廠進(jìn)水污染物濃度相對較高；另一方面受北方地區(qū)平均溫度較低影響，尤其到冬季，部分地區(qū)需要通過增加曝氣、保溫等措施來提高微生物活性，造成北方地區(qū)污水處理廠溫室氣體排放量、處理單位水量電耗均相對較高.徐傲等[31]依據(jù)《2020 年城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》及全國污水處理管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對黃河流域68 個(gè)市(州、盟)855 座城鎮(zhèn)污水處理廠的建設(shè)與運(yùn)行情況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)黃河流域城鎮(zhèn)污水處理廠處理單位水量電耗介于0.26~1.11 kW·h/m3之間，單位COD 去除電耗介于0.89~9.06 kW·h/kg 之間，其中蘭州市最低，為0.89 kW·h/kg.

1.4 蘭州市城區(qū)四座污水處理廠入河排污影響分析

《2021 年中國生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，黃河干流蘭州段自上而下新城橋、什川橋、青城橋3 個(gè)國控?cái)嗝妫呃锖訕颉⒅猩綐颉m橋3 個(gè)省控?cái)嗝婀灿?jì)6 個(gè)監(jiān)測斷面全部達(dá)到GB 3838-2002 Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn).此外，黃河上游水環(huán)境監(jiān)測中心分別對各污水處理廠入河排污口近場(污水處理廠入河排污口、入河排污口上游1 km 、入河排污口下游1 km 3 個(gè)斷面)的黃河水域開展監(jiān)測，自2018 年監(jiān)測以來，各污水處理廠入黃口下游近場斷面各測點(diǎn)水質(zhì)均為GB 3838-2002Ⅱ類，僅就監(jiān)測期間的水質(zhì)狀況來看，污水處理廠通過排污入黃且并未對黃河水質(zhì)造成明顯影響.

在實(shí)測數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，結(jié)合蘭州市城區(qū)四座污水處理廠入河排污口所在水功能區(qū)內(nèi)排污口的分布情況，考慮各排污口疊加影響，結(jié)合黃河干流水功能區(qū)納污能力核定工作實(shí)踐，參照GB/T 25173-2010《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》[32]，本研究選擇一維水質(zhì)模型〔見式(1)〕，對四座污水處理廠入河排污影響進(jìn)行預(yù)測.

式中：Cs為排污口下游某斷面處污染物濃度，mg/L；X為排污口至下游某斷面的距離，km；X′為排污口至上游對照斷面的距離，km；M為污染物入河量，g/s；C0為排污口上游對照斷面污染物濃度，mg/L；q為污水入河流量，m3/s；K為污染物綜合降解系數(shù)，d-1；Q為河道設(shè)計(jì)流量，m3/s；u為河道設(shè)計(jì)流量條件下的流速(設(shè)計(jì)流速)，m/s.

本研究選取西固污水處理廠入河排污口上游500 m 處作為對照斷面，分別以黃河蘭州段國控、省控?cái)嗝孀鳛榭刂茢嗝孢M(jìn)行入河排污影響分析，影響分析范圍內(nèi)各斷面信息如表5 所示.選取排污口上游新城橋國控?cái)嗝娼? 年實(shí)測濃度為對照斷面污染物濃度(C0)，具體如表6 所示，模型控制因子包括COD、NH3-N、BOD5、TN 和TP 等5 項(xiàng)主要污染物.河道設(shè)計(jì)流量采用近10 年最枯月平均流量，本研究按照350 m3/s 計(jì)算，對應(yīng)設(shè)計(jì)流量為0.83 m/s；污染物綜合降解系數(shù)參照《黃河流域綜合規(guī)劃》《黃河重點(diǎn)河段水功能區(qū)劃及入河污染物總量控制方案研究》等研究成果，得出COD、NH3-N、BOD5、TP 和TN 的降解系數(shù)分別為0.08、0.07、0.12、0.08、0.05 d-1.

表5 影響分析范圍內(nèi)各斷面信息Table 5 Information of each section in the impact analysis range

表6 排污口上游對照斷面主要污染物濃度Table 6 The concentration of major pollutants in the upper control section of the sewage outlet mg/L

2 結(jié)果與討論

根據(jù)1.1.2 節(jié)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對比污水處理廠改造工程投入運(yùn)行前后主要污染物的排放濃度，發(fā)現(xiàn)改造工程投運(yùn)前后七里河安寧、鹽場及雁兒灣污水處理廠外排水COD 濃度的95th百分位值分別從37.84、30.81、31.03 mg/L 降至33.1、22.29、26.48 mg/L，NH3-N 濃度的95th百分位值分別從5.03、4.33、3.92 mg/L 降至1.24、2.55、1.39 mg/L.這說明提標(biāo)改造后，污水處理廠外排水水質(zhì)較之前進(jìn)一步改善.

通過對蘭州市城區(qū)四座污水處理廠中水回用情況及減排效果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)四座污水處理廠中水回用率在0.86%~4.66%之間，其中鹽場污水處理廠最高.總體上看，各污水處理廠中水回用率均較低，遠(yuǎn)未達(dá)到《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》《關(guān)于印發(fā)黃河流域水資源節(jié)約集約利用實(shí)施方案的通知》等文件的要求，即至2025 年，黃河流域上游地級及以上缺水城市再生水利用率在25%以上.中水主要回用于廠區(qū)綠化、設(shè)備冷卻及電廠等，回用途徑有限，直接影響其回用率.根據(jù)污水處理廠主要污染物去除率統(tǒng)計(jì)結(jié)果，除TN 外，其他污染物去除率均在80%以上，蘭州市城區(qū)四座污水處理廠主要污染物去除率高于國內(nèi)污水處理廠主要污染物去除率的平均水平.對四座污水處理廠2019-2021 年COD、NH3-N 年均減排量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)四座污水處理廠COD、NH3-N 合計(jì)年均減排量分別為114 584.1、8 234.6 t，減排效果明顯.

通過水質(zhì)影響模型分析發(fā)現(xiàn)：正常工況下，在上游來水水質(zhì)采用近5 年實(shí)測主要污染物濃度平均值和90th百分位值分析，無論污水處理廠排水是否回用，排污均不會造成下游各控制斷面超出GB 3838-2002Ⅱ類水質(zhì)目標(biāo)；在上游來水水質(zhì)采用近5 年實(shí)測最大濃度值(低于但接近Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值)下，無論污水處理廠排水是否回用，排污均會造成下游七里河橋斷面及以下河段NH3-N 均超出GB 3838-2002 Ⅱ類水質(zhì)目標(biāo).如表7 所示，在各污水處理廠排水回用25%情況下，下游各斷面主要污染物濃度與不回用直接排放相比均有所降低，說明通過污水處理廠排水回用，可以降低排污對下游斷面的影響.事故工況下，污水處理廠事故污水的排放可能影響到下游白銀市的城市供水.

表7 黃河干流蘭州段四座城區(qū)污水處理廠排水不回用和回用25%兩種情況下黃河各斷面主要污染物濃度統(tǒng)計(jì)Table 7 The concentration of major pollutants in each section of the Yellow River under two conditions of non-reuse and 25% reuse in the four sewage treatment plants in Lanzhou Section of the Yellow River Main Stream

根據(jù)1.1 節(jié)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對比分析主要污染物排放濃度批復(fù)值(見表1)與四座污水處理廠2019-2021 年主要污染物排放濃度在線監(jiān)測數(shù)據(jù)(見圖1)，發(fā)現(xiàn)西固、鹽場及雁兒灣污水處理廠COD、TN 濃度的95th百分位值均小于批復(fù)值，七里河安寧污水處理廠TN 濃度的95th百分位值小于批復(fù)值，COD 濃度的95th百分位值大于批復(fù)值，但90th百分位值小于批復(fù)值，說明四座污水處理廠COD、TN 排放濃度90%以上能穩(wěn)定達(dá)標(biāo).西固、七里河安寧及雁兒灣污水處理廠TP 濃度的90th百分位值小于批復(fù)值，鹽場污水處理廠TP 濃度的80th百分位值小于批復(fù)值，說明鹽場污水處理廠TP 排放濃度有近20%不達(dá)標(biāo).WT>12℃時(shí)，西固、鹽場污水處理廠NH3-N 濃度的80th百分位值均大于批復(fù)值，且批復(fù)值與各污水處理廠50th百分位值更接近，說明西固、鹽場污水處理廠NH3-N排放濃度有近50%不達(dá)標(biāo)；WT≤12 ℃時(shí)，NH3-N 排放濃度達(dá)標(biāo)率更低.提標(biāo)改擴(kuò)建工程實(shí)施后，鹽場污水處理廠TP 排放濃度不達(dá)標(biāo)情況得到改善，NH3-N排放濃度達(dá)標(biāo)率有所升高，2022 年1-6 月達(dá)標(biāo)率近90%.根據(jù)1.4 節(jié)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)黃河干流蘭州段現(xiàn)狀水質(zhì)為優(yōu)，污水處理廠通過排污入黃并未對黃河水質(zhì)造成明顯影響.

綜上所述，在黃河枯水期上游來水水量小、水質(zhì)接近或超出GB 3838-2002 Ⅱ類水質(zhì)目標(biāo)限值條件下，若蘭州市城區(qū)四座污水處理廠均按照設(shè)計(jì)規(guī)模及設(shè)計(jì)出水水質(zhì)(GB 18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn))排污，疊加區(qū)間其他入河排污口的影響，到七里河橋斷面及以下河段NH3-N濃度均超出Ⅱ類水質(zhì)目標(biāo).因此，為盡可能保證黃河干流蘭州段水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，需要結(jié)合污水處理廠外排污水水質(zhì)控制實(shí)際情況，在保證水體污染物得到有效控制的前提下，以推進(jìn)減污降碳協(xié)同增效為原則，從環(huán)境綜合效益以及“雙碳”目標(biāo)約束角度考慮，適當(dāng)調(diào)整蘭州市城區(qū)四座污水處理廠的污染物排放濃度控制標(biāo)準(zhǔn).

考慮到四座污水處理廠入河排污口均位于黃河干流蘭州段，將四座污水處理廠2019-2021 年主要污染物排放濃度進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)并與各污水處理廠統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對比分析.綜合考慮黃河干流蘭州段水質(zhì)目標(biāo)要求、各污水處理廠處理能力及進(jìn)水波動情況、出水水質(zhì)控制情況、2019-2021 年污水處理廠運(yùn)行過程中受納水體水質(zhì)監(jiān)測情況、水質(zhì)模型預(yù)測結(jié)果、污水處理廠排污路徑及入河排污口位置與下游水質(zhì)監(jiān)測斷面距離等因素，分別將各污水處理廠2019-2021 年主要污染物排放濃度95th百分位值與四座污水處理廠合并統(tǒng)計(jì)主要污染物排放濃度95th百分位值比較，從嚴(yán)控制，同時(shí)與排污口管理部門原批復(fù)排放濃度銜接，分別提出各污水處理廠主要污染物出水排放限值(見表8)，按此排放濃度進(jìn)行模型預(yù)測，黃河干流蘭州段城區(qū)四座污水處理廠的外排水量按其設(shè)計(jì)規(guī)模進(jìn)行控制，排污不會造成下游各控制斷面超出GB 3838-2002 Ⅱ類水質(zhì)目標(biāo)(見表9).對比分析本研究提出的主要污染物排放限值與相關(guān)管理部門在2016 年的批復(fù)值發(fā)現(xiàn)，對于COD，本研究提出的排放限值與批復(fù)值基本維持不變，一是因?yàn)樗淖鬯幚韽S2019-2021 年COD 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)95th百分位值與批復(fù)值接近，提標(biāo)改擴(kuò)建工程實(shí)施后，2022 年1-6 月四座污水處理廠COD 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)95th百分位值均小于批復(fù)值，說明四座污水處理廠COD 排放濃度95%以上能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且在此期間納污河段水質(zhì)能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；二是繼續(xù)提高COD 排放標(biāo)準(zhǔn)，將額外增加能耗，增加碳排放，雖能減污，但不利于降碳.對于NH3-N，本研究提出的排放濃度與批復(fù)值對比有所提升，一是因?yàn)榭紤]了水質(zhì)目標(biāo)約束，根據(jù)1.4 節(jié)結(jié)果顯示，黃河干流蘭州段現(xiàn)狀水質(zhì)為優(yōu)，污水處理廠通過排污入黃并未對黃河干流水質(zhì)造成明顯影響，說明各污水處理廠按照現(xiàn)狀排污，正常情況下是不會對黃河干流蘭州段水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況產(chǎn)生影響，僅在上游來水水量小、水質(zhì)差時(shí)會產(chǎn)生一定的影響.二是因?yàn)榭紤]了污水處理過程中的碳排放.張?jiān)赖萚22]基于城鎮(zhèn)污水處理廠全流程環(huán)節(jié)的碳排放模型研究表明，在硝化、反硝化過程中，外加碳源消耗量與污水中NH4+、NO3-濃度成正比，每消耗1 kg 甲醇產(chǎn)生0.9 kg 的CO2，同時(shí)硝化、反硝化過程會消耗能量，產(chǎn)生間接碳排放.一味地提高污水處理廠外排水NH3-N排放標(biāo)準(zhǔn)，降低NH3-N 排放濃度，雖能減少NH3-N 排放量，但對于黃河干流蘭州段水質(zhì)進(jìn)一步改善效果不明顯，同時(shí)還會增加污水處理過程中的碳排放.

表8 黃河干流蘭州段四座城區(qū)污水處理廠主要污染物排放限值Table 8 Major pollutants emission limits of the four sewage treatment plants in Lanzhou Section of the Yellow River Main Stream

表9 黃河干流蘭州段四座城區(qū)污水處理廠按本研究提出的排放限值排污情況下黃河各斷面主要污染物濃度Table 9 The concentration of major pollutants in each section of the Yellow River under the discharge limits of the four sewage treatment plants in Lanzhou Section of the Yellow River Main Stream

3 結(jié)論與建議

a) 本研究通過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)合水質(zhì)影響模型分析，綜合考慮減污降碳、黃河干流蘭州段水質(zhì)目標(biāo)及管理部門要求等，分別提出蘭州市城區(qū)四座污水處理廠出水排放限值.四座污水處理廠按照本研究提出的排放限值排污不會造成納污河段各控制斷面超出GB 3838-2002 Ⅱ類水質(zhì)目標(biāo)，各污水處理廠按照目前的處理工藝正常運(yùn)行，出水主要污染物濃度可以達(dá)到本研究提出的排放限值.

b) 蘭州市城區(qū)四座污水處理廠入河排污口設(shè)置于2016 年底批復(fù)，批復(fù)時(shí)重點(diǎn)考慮了受納水體水質(zhì)目標(biāo)，對主要污染物COD、NH3-N 排放濃度進(jìn)行嚴(yán)控，實(shí)際運(yùn)行過程中各污水處理廠NH3-N 排放濃度均存在不同程度超批復(fù)值情況，污水處理廠為達(dá)標(biāo)排放，實(shí)施了提標(biāo)改擴(kuò)建，優(yōu)化了處理工藝，但仍存在超標(biāo)排放情況.綜合本研究相關(guān)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)污水處理廠出水排放限值的確定不能僅考慮受納水體水質(zhì)目標(biāo)，還要綜合考慮污水處理廠提標(biāo)改擴(kuò)建的投資和運(yùn)行成本，從傳統(tǒng)的單一水質(zhì)目標(biāo)約束拓展到減污降碳和水質(zhì)目標(biāo)雙約束，使污水處理廠管理逐步精準(zhǔn)化、科學(xué)化.

c) 鑒于蘭州市城區(qū)四座污水處理廠中水回用率低的情況，建議地方政府部門統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織，積極拓展中水回用路徑，提高回用率.根據(jù)污水處理廠外排水質(zhì)，實(shí)施分質(zhì)供水，可直接或經(jīng)進(jìn)一步處理后用于景觀環(huán)境、綠地灌溉、廁所沖洗、道路清掃、車輛沖洗、農(nóng)田灌溉及一般工業(yè)循環(huán)冷卻水等，通過提升回用率，一方面緩解區(qū)域水資源短缺局面，另一方面減少污染物的排放.

d) 建議污水處理廠運(yùn)行過程中，采取有效措施推進(jìn)減污降碳協(xié)同增效.在進(jìn)水量或進(jìn)水水質(zhì)波動較大的時(shí)段應(yīng)注意保持或加強(qiáng)進(jìn)水管控與均質(zhì)調(diào)節(jié)，優(yōu)化運(yùn)行管理，嚴(yán)格控制消毒工序消毒劑投加量，避免二次污染；在進(jìn)水水質(zhì)超出設(shè)計(jì)指標(biāo)情況下及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，必要時(shí)增加預(yù)處理設(shè)施，確保污水處理效果；持續(xù)推進(jìn)污水處理廠節(jié)能降耗，充分利用內(nèi)部碳源，對加藥系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)以及污泥回流系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化控制，減少處理過程中產(chǎn)生的藥耗和能耗，減少間接碳排放.