基于流域水环境特征分析的污水厂排放标准研究

李书钺 马念 陈杰 张亮 杨海瑞 张志敏 罗茜平

摘要：以重庆市某河“清水绿岸”治理工程为例，对流域内污水厂出水标准进行了研究。污水厂排放标准与流域水文情况、河流水量及水质、污染负荷、水环境容量、污水水量及水质、污水厂运行情况等水环境特征息息相关。通过理论计算、模型验证两种方式，分析污水厂不同出水标准情况下，各控制断面年际和逐日水质目标的可达性，为流域污水厂出水标准的分析提供了借鉴方法。

关键词：流域水环境特征;水环境容量;排放标准

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：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

為深入贯彻习近平生态文明思想，全面落实“加强生态保护与修复，筑牢长江上游重要生态屏障”的重要指标，重庆市发布了《重庆市主城区“清水绿岸”治理提升实施方案》（下称“实施方案”）。工作目标是到2021年，建成20条共约427km“清水绿岸”，把原黑臭水体打造成舒适宜人的生态空间，其中一项指标就是各河流COD、NH3-N、TP等3项水质指标达到地表水IV类或以上标准。流域内污水厂排放标准对河流水质影响至关重要，既要保障河流控制断面能够达标，又要避免“一刀切”的全面提升至准IV类，造成不必要的浪费[1]。在一定的治理目标的前提下，具体到每一个污水厂，排放标准如何确定、是否需要提标、哪些指标需要提标与流域内水环境特征息息相关。

本文以重庆市某河“清水绿岸”治理工程为例，通过对流域水环境特征进行分析，探讨确定污水厂排放标准的方法。

1 研究内容

1.1 研究区域及内容

重庆市某河是长江一级支流，位于重庆市西南部，主河道长度为22.7km，流经S、J、D3个行政区域。本方案围绕水环境、水生态、水资源、水安全、水景观5个方面开展，其中，水体治理提升是本项目的重点，而项目范围内污水厂的出水标准对河道的水质能否达标起到决定性作用。

1.2 研究方法

分析流域内污水厂出水标准，应综合考虑流域的各种水环境特征[2]。在污水厂不同排放标准情况下，采用一维数学模型，根据《全国水环境容量核定技术指南》中水环境容量的公式进行理论计算，验证控制断面的年际目标可达性;并采用MIKE水质及水动力模型验证控制断面的逐日可达性，以此确定污水厂的排放标准。

2 流域水环境特征分析

2.1 流域基本特性

该流域总面积约85.2km2，主河道长度为22.7km，多年平均流量为1.28m3·s-1。流域内现状建成及在建区约20.7 km2，规划待建区约9.76 km2。流域涉及3个行政区4个街镇，人口约26.1万人。流域范围属亚热带季风性湿润气候，平均降雨量为1088.8mm。

2.2 河道水质情况

根据对该河近一年的水质监测数据（COD、NH3-N、TP）结果分析，得出河道水质的综合评价结果：该河上游水质在丰水期（4月-10月）普遍优于Ⅳ类，在枯水期水质（11月-次年3月）局部时段水质将恶化至Ⅴ类～劣Ⅴ类;河流中段全年基本为Ⅴ类～劣Ⅴ类，丰水期的水质优于枯水期的水质;河流下游的水质在Ⅳ类～劣Ⅴ类之间变动，丰水期的水质优于枯水期的水质。

2.3 流域污水系统现状

2.3.1 污水厂现状

整个流域有3座城市（镇）污水厂，A污水厂服务于J区和D区（除工业区），B工业污水厂服务于D区内的工业区。C污水站规模较小，方案不对其进行专门分析。A污水厂设计规模为7万m3·d-1，设计出水水质为一级A标准;其枯水期和雨季的进水量差距较大。流域内进入A污水厂进行处理的COD、NH3-N、TP仅为51.41%、45.27%、69.22%。B工业污水厂现状日处理量2 500m3·d-1。流域内进入B污水厂进行处理的COD、NH3-N、TP仅为22.1%、10.9%、30.7%。

2.3.2 污水管网现状与评估

经过分析，现有的排水管网系统中存在583个问题点位，其中污水（合流）入河直排口20个、微污染水入河直排口34个、污水（合流）管道散排口104个、雨污管道混接点368个、排水管道溢流风险点57个。

两座污水厂现状污水处理量接近现状污水产生量，而污染物质处理率却较低，说明流域内污水未做到应收尽收，且污水管网有雨水、河水、地下水混入。

2.4 入河污染负荷与水环境容量分析

按照3个行政区域划定计算单元，对污染负荷及环境容量进行研究。目标水质為地表水IV类，经过计算各单元水环境容量与理论削减量见表1：

3 污水厂排放标准研究

3.1 理论计算

A与B污水厂均位于D区，且两个污水厂的排口距离较近，排口距D区3#控制断面约5.0km。

（1）在对流域内排水管网修复、改造、新建等工程后，有效地收集流域内的污水后，A和B污水厂将恢复正常运行，出水均为一级A标准;区段内工程后的污染负仍大于环境容量，导致D区3#控制断面无法达标。

（2）若仅将A污水厂出水提标至准IV类，B污水厂维持一级A标出水，D区段年入河污染负荷在环境容量允许范围内，但是COD、NH3-N、TP的余量比较小。

表2 D区段目标可达性分析（A污水厂出水为准Ⅳ类）

单元名称 指标 环境容量（t·a-1） 入河污染负荷（t·a-1） 目标可达性

均为一级A A准Ⅳ类

B一级A 均为一级A A准Ⅳ类

B一级A 均为一级A A准Ⅳ类

B一级A

D区段 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 模型验证

以上理论计算D区段入河污染负荷在环境容量允许范围内，但是余量较小，且不能保证逐日水质达到目标水质要求。因此，需通过模型进行进一步论证，本次模拟共设置4种方案进行模拟。

（1）方案1：现状情况（河道未进行整治）。

（2）方案2：A污水厂和B污水厂均按设计一级A标排水（河道经过其他工程措施整治）。

（3）方案3：A污水厂提标到Ⅳ类标准，B污水厂保持一级A标排水。

（4）方案4：A污水厂提标至准Ⅳ类、B污水厂（NH3-N、TP）提标至准Ⅳ类。

对以上4种方案进行模拟计算，模拟结果见图2。

根据模型计算结果，方案1和2工况下，控制断面无法达标;方案3工况下，3#控制断面COD可以达标，但NH3-N、TP无法实现全年逐天达标，达标率仅为68%、73%。方案4工况下，3#控制断面COD、NH3-N指标可全年达标;TP指标全年达标率为99%。

综上所述，A污水厂提标到准Ⅳ类出水、B污水厂设计出水水质为一级A标，无法达到“实施方案”的水质要求，因此，需要对A污水厂和B污水厂出水同时进行提标，A污水厂COD、NH3-N、TP提标到准Ⅳ类标准、B污水厂COD维持一级A出水，NH3-N、TP提标到准Ⅳ类标准。

4 结论及建议

根据重庆市“实施方案”的要求，对研究流域内A、B污水厂排放标准进行了研究，不同的污水厂其出水标准是有差异的。通过本案例研究，探索出了确定山地城市流域内污水厂排放标准的方法，应该将污水厂放入流域范围进行研究，综合考虑水文情况、河流水量及水质、污染负荷、水环境容量、污水水量及水质、污水厂运行情况等流域水环境特征。

参考文献

[1]张善发.城镇排水系统溢流与排放污染控制策略与技术导则[J].中国给水排水，2010，26（18）：31-35.

[2]郭泓利，李鑫玮，任钦毅，等.全国典型城市污水处理厂进水水质特征分析[J].给水排水，2018，44（6）：12-15.

收稿日期：2020-09-10

作者简介：李书钺（1984-），男，汉族，硕士，高级工程师，研究方向为市政工程及水污染控制工程。