再生水补给的景观河道水质与富营养化状态评价

马丽媛

(1.天津泰达新水源科技开发有限公司，天津 300457;2.天津泰达水业有限公司，天津 300457)

我国是水资源贫乏的国家，人均占有水资源量只有世界水平的1/4。为缓解水资源短缺，《水法》明确提出鼓励使用再生水，提高污水再生利用率。污水再生回用的话题越来越受到重视，特别是随着污水处理厂排放标准不断提升，使污水再生回用于景观环境用水更加可行，回用量逐年递增。

污水处理厂目前多数执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准，规定出水COD≤50mg/L、NH3-N≤5mg/L、TN≤15mg/L、TP≤0.5mg/L。部分省市地区制定了更为严格的地方(区域)标准。北京市制定的《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB 11/890-2012)和天津市制定的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(DB 12/599-2015)，要求出水COD≤30mg/L、NH3-N≤1.5mg/L、TP≤0.3mg/L等。这种提标之后的污水处理厂的尾水，主要污染物指标非常接近《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅳ类质量标准，与景观用再生水水质标准也相差不多。故在水资源严重短缺的今天，利用污水处理厂高标准超净排放的出水，再生回用于景观河道湖泊水体，是非常值得广泛施行的。但是，这种类Ⅳ类水体的污水处理厂尾水经深度处理后作为景观再生水大规模用于河湖时，在执行标准、水质保持等方面仍然存在一些问题[1-2]。

本文监测了天津开发区东区景观河道2018年3月至2019年2月的水质，依据《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅴ类标准评价其水质状况，按照《城市黑臭水体整治工作指南》对其黑臭等级进行评价，并应用综合营养指数法进行营养化状态评价，分析富营养化原因并提出保护措施，以期对同类湖泊水体的水质管理提供借鉴。

1 评价对象概况

天津开发区东区景观河道由东西向的宽河道和南北向的窄河道组成。宽河道总长2275.0m，水面平均宽80.0m，平均水深1.1m，蓄水容量约20.0万m3。窄河道总长1700.0m，水面平均宽10.0m，平均水深1.1m，蓄水容量约1.9万m3。河道的唯一补充水源，是以本地污水处理厂出水为原水经连续微滤处理后的景观再生水，进入宽河道首端。该水厂执行天津市《城镇污水处理厂污染物排放标准》(DB 12/599-2015)A标准。该景观河道水体为滞缓流，在窄河道末端建有供水泵站，向泰达人工景观湖供水，因泰达人工景观湖需水量不多，一般只在夏季进行少量补水，冬季不进行补水，景观河道流动性差，冬季景观河道处于封闭状态。景观河道沿线两岸无点源污染，面源污染以各类降水形成的入河地表径流所携带的污染负荷及入河的绿化灌溉水污染为主。河道水体流动性差，夏季呈现绿色，有富营养化特征。

2 评价因子与评价标准

此次评价选择的参数为透明度、高锰酸盐指数、溶解氧、NH3-N、TP、TN、CODCr、氧化还原电位、叶绿素a。该景观河道为一般景观水体，已纳入当地河长制管理，采用《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅴ类标准进行水质评价，按照《城市黑臭水体整治工作指南》对其黑臭等级进行评价。评价标准及检测方法见表1。

表1 评价标准及检测方法

3 水质监测

景观河道以宽河道进口为起点、窄河道出口为终点，沿水流方向依次在宽河道进水口和中游、窄河道进出水处设置采样点(分别为宽进、宽出、窄进、窄出)。2018年3月至2019年2月进行采样监测，并评价其水质情况。因河水较浅，故不进行分层采样，在每个点位的河水液面以下0.5m处采样。

4 结果与评价

4.1 水质监测结果与评价

选取2018年6月、2018年11月监测数据代表夏季、冬季景观河道水质，依据《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅴ类标准进行评价。结果显示，CODCr、TN超标，其中CODCr在限值附近波动，偶尔略有超标；TN则持续超标，最高超出限值300%。按照《城市黑臭水体整治工作指南》对黑臭等级进行评价，景观河道不属于黑臭水体，夏季、冬季均无黑臭现象发生。水质评价情况见表2。

表2 水质评价情况统计

4.2 水质比较与分析

由表2可以看出TP、TN、NH3-N、CODCr随水流方向有减少的趋势，说明河道有一定的自净能力，但自净能力较弱。河道芦苇优势生长，造成种群结构失衡，用水生态的平衡、生物链的连接、水体自净能力的提高等要求来衡量，水体中的生物太少，多样性远远不够。水体应有的自净能力也因为没有生物链而大大减弱。

5 水体富营养化评价

5.1 评价方法

中国环境监测总站规定应用综合营养状态指数法(TLI)评价湖泊(水库)营养状况[3]。选取的评价参数为CODMn、SD、Chla、TP、TN。其计算公式为

在临床上比较多见的肠道恶性肿瘤要属直肠癌,当前发病率已经呈现不断上升的态势,通过外科手术做永久性乙状结肠造口,即人工肛门。受到结肠造口的影响,患者往往发生控便能力障碍、外观改变、散发异味等不良情况,对生活造成极大的影响,造成较大的心理压力。因此应该积极提升患者的自我护理能力,减少患者的社会交往障碍[1]。本次研究针对本院实施结肠造口手术之后的患者开展护理干预,分析其对患者自我护理能力提升的效果。

TLI(Σ)=ΣWj·TLI(j)

(1)

式中：TLI(Σ)为综合营养状态指数;Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重;TLI(j)为第j种参数的营养状态指数。

各参数的TLI计算公式为

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作为基准参数，则第j种参数的归一化的相关权重计算公式为

(7)

式中：rij为第j种参数与基准参数Chla的相关系数；M为评价参数的个数。

表3 中国湖泊(水库)部分参数与Chla的相关系数[4]

综合营养状态指数TLI(Σ)的分级标准为：TLI(Σ)<30，贫营养；30≤TLI(Σ)≤50，中营养；TLI(Σ)>50，富营养；50≤TLI(Σ)≤60，轻度富营养；6070为重度富营养。

5.2 评价结果

2018年3月至2019年2月，连续监测CODMn、SD、Chla、TP、TN水质参数，应用综合营养指数法评价水体的营养化状态，结果见表4。由表4可以看出，该河道在2018年8月、9月、10月为重度富营养化，其余月份为中度富营养化。说明水温升高会增加水体的综合营养指数，加重水体的富营养化程度。

表4 景观河道每月综合营养状态指数和富营养状态

6 分析与建议

6.1 富营养化原因分析

景观河道平均水深为1.1m，水浅，河水流动性差，易形成死水区，自净能力差。同时，夏季水温较高、补水量小于蒸发量，水体自然蒸发浓缩后导致氮和磷元素的积累，所以水体富营养化呈现出随气温变化的特征[5]。

河底底泥内源污染也是造成富营养化的原因之一。景观河道有约20cm厚底泥，且局部地段底泥发黑，在还原状态下底泥会释放磷酸盐，从而增加水体中磷的含量。当底层水含氧量低而处于还原状态时(通常在夏季分层时出现)，磷酸盐会被释放到水中导致水体TP含量增高，易发生富营养化现象[6-7]。

表5 标准中氨氮、总磷和总氮限值比较

该景观河道的补水水源为再生水，补水水质按《城市污水再生利用 景观环境用水水质》(GB/T 18921-2019)中观赏性景观环境用水的河道类标准执行，因该标准中的限值较低，利用再生水作为景观水时，要注意再生水中的N、P含量，关键性指标如NH3-N、TP和TN等标准比较见表5。国际上一般认为当水体中的TN和TP浓度分别达到0.2mg/L和0.02mg/L，就有可能发生水华现象[8]。图1、图2为河道补水的再生水的TP、TN年度变化趋势，从中可以看出全年TP在0.05mg/L以上、TN在6mg/L以上，TN和TP浓度都远超出了发生富营养的氮磷条件，因此，仅通过再生水进行补水，不能改善景观河道的富营养化状态，只能改善其流动性。

图1 河道补给再生水年度TP变化趋势

图2 河道补给再生水年度TN变化趋势

6.2 建议

由以上分析可以看出，该景观河道流动性差、自净能力低，河底底泥内源污染以及补给的再生水TN、TP浓度较高是造成景观河道富营养化的主要原因。

通过进行景观河道水质与富营养化程度综合评价分析，针对其整体水质状态，提出以下几点建议，以期改善水质、消除富营养化。

a.对景观河道进行疏浚，清除多年来沉积的污染源，消除底泥内源污染。

b.《天津市绿色建筑设计标准》(DB 29-205-2015)要求:景观用水水源不得采用市政自来水和地下井水。再生水回用作为景观水体补给，具有重要的环境、经济和社会效益，但用再生水补给一般景观水体，会导致景观水体的易富营养化。因而适度补充再生水、增加河道水量，改善其流动性。

c.适当收割河道水体中的芦苇，并在规划的前提下，在水中种植品种多样的挺水植物、浮水植物、沉水植物，争取在较短的时间内形成多种水生植物群落，增加水中生物的多样性，提高水体自净能力。

7 结 语

本文监测了天津开发区东区景观河道2018年3月至2019年2月的水质，并按照《城市黑臭水体整治工作指南》对该河道黑臭等级进行了评价。虽然评价结果显示，景观河道不属于黑臭水体，但应用综合营养指数法评价其水体的营养化状态后，发现该河道在2018年8月、9月、10月为重度富营养化，其余月份为中度富营养化。经分析富营养化原因，发现水体流动性差、自净能力低、河底底泥内源污染和补给的再生水TN、TP浓度较高均是造成景观河道富营养化的主要原因。因此，仅通过再生水给水体补水，并不能改善景观河道的富营养化状态，只能改善其流动性。仍需通过清除河道底泥、适度补给再生水、收割芦苇种植多样植物等综合措施来改善景观河道整体水质状态。