长寿城市污水处理厂尾水对三峡水库水质影响的研究

向可翠，雷振宇，幸治国，邓春光，任 虹

（1.重庆市开县环境监测站，重庆405499；2.重庆市开县环境保护局，重庆405499；3.重庆市环境科学研究院，重庆401147；4.重庆市长寿区环境保护局，重庆404600）

三峡工程建成蓄水后，长江在三峡地区形成了一个集1 084km2、水面平均宽1 100m、平均水深90m、总库容393亿m3的人工水库，175m蓄水期间江水流速在库尾不足0.5m／s，在库首和库腹心区域平均流速约在0.05m／s［1］。由于水库的建成改变了长江天然河道的属性，导致其对污染物的自净能力下降，排污口下游形成的污染带范围扩大，长江沿岸城镇岸边排污口，在入江负荷不变的情况下，势必对库区水质产生更大的影响。

目前，国内一些学者对污水排放对水质的影响做了一些研究。如刘成等［2］对上海竹园和白龙港两处污水排放口附近水域的水质和底泥，与长江口水域进行比较，表明排污口附近局部水域氮、磷污染严重。方芳等［3］、袁晓燕等［4］对临江生活污水排放对江水的影响做了研究，结果表明，污染物对排污口附近水域造成影响。周启星等［5］对污染河流对受纳湖湾水质的影响做了研究，结果表明，污染问题会严重影响湖湾水质。邓春光等［1］对污水处理厂尾水对三峡水库水质的影响做了研究。本文通过对长寿城市污水处理厂尾水COD、氨氮（NH4－N）、总磷（TP）对长江水质的影响做了分析，为摸清库区污水处理厂出水对库区水环境的影响提供了参考价值，对保护三峡库区水资源与水环境具有重要意义。

1 采样区域与采样方法

1.1 采样点位置

长寿城市污水处理厂位于长寿城区长江边的余家湾，主要承担城区凤城镇的城市污水处理。该厂污水设计处理能力为4万吨／日，目前污水实际处理负荷已达设计处理能力的90%左右。处理工艺为改良型氧化沟。自2003年运行以来，出水水质一直都比较稳定。尾水经小溪沟羊叉河进入长江。由于羊叉河汇流口下的长江河岸顺直，又无码头船舶干扰，该水域是开展污染带监测的理想场地。

1.2 采样点布设

河段污染带水文、水质同步观测范围从污水口上游400m至下游1 000m。在此范围内设置8个观测断面，分别按背景、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ进行编号，各断面上测点的数量和位置主要根据长江水流条件，污染物的扩散规律和断面距排污口距离不等距布设。每个断面设6条采样垂线，分别为A、B、C、D、E、F，其中A点为近岸垂线，F点为距岸最远垂线，中间各垂线依次为B、C、D、E。考虑到蓄水期与非蓄水期水文条件不同，2010年10月15日入流背景断面设在排口上游400m处，Ⅰ断面距排污口上游140m，Ⅱ断面距排污口上游40m；Ⅲ断面距排污口0m，Ⅳ断面距排污口60m，Ⅴ断面距排污口150m，Ⅵ断面距排污口300m，Ⅶ断面距排污口600m；2010年12月28日入流背景断面设在排口上游150m处，Ⅰ断面距排污口上游0m，Ⅱ断面距排污口上游30m，Ⅲ断面距排污口80m，Ⅳ断面距排污口180m，Ⅴ断面距排污口300m，Ⅵ断面距排污口600m，Ⅶ断面距排污口1 000m。断面布设见图1。

1.3 测定指标及方法

本次监测的水质指标有：高锰酸盐指数（CODMn）、NH4－N、TP。污水厂出水口负荷指标除了NH4－N、TP和江水监测相同外，有机物指标用化学需氧量（CODCr）代替。采集的样品保存和测定方法按《水和废水监测分析方法》（第4版）［6］要求进行。

图1 排污口污染带观测断面布设示意图

2 结果与讨论

2.1 结果分析

由表1可知，2010年10月15日和12月28日2个监测时段污染带测量区水的流速有显著的不同。10月15日正处于三峡水库175m蓄水期，尽管长江出库流量因蓄水有所减小，但因上游来水量较大，通过长寿断面的长江流量仍然有11 800m3／s，测量区表层流速为0.41～0.60m／s。12月28日正值长江枯水期，三峡水库又处在175m高水位运行时段，在满足三峡发电和下游航道需要的前提下，长江出库流量受到限制，长寿断面的流量只有4 200m3／s。在此情况下，测量区表层流速显著减少，只有0.1～0.22m／s。监测结果表明，水流速的变化对污染物的输移会产生较大影响，直接影响污染带的大小。

长寿污水处理厂自2003年投入运行后，污水处理负荷已达90%以上，出水水质稳定，从监测结果看，排放口CODCr出水浓度19.10～49.20mg／L，NH4－N浓度2.25～14.60mg／L，TP浓度0.163～0.248mg／L，均达到城市污水处理厂出水标准。CODCr、NH4－N浓度12月28日比10月15日的监测值高，这是由于水温差别所致。2次污染带监测时的污染负荷比为12月28日CODCr、NH4－N比10月15日高0.47倍和2.48倍，而TP负荷前者比后者低0.7倍。见表2。

2.2 讨论

2.2.1 10月15日（平水期）CODMn、NH4－N、TP浓度分布

10月15日，污染带监测时正值三峡水库175m蓄水，据水文部门的报告，当时水库水位正以20cm／d的速度上涨。背景断面设在排污口上游400m处，采样点的岸边距20～350m，控制区内长江入流的CODMn、NH4－N、TP背景平均浓度分别为1.65、0.184和0.210mg／L。监测结果显示，污水厂的尾水进入长江后，一方面受到水流的影响逐步向下游和横向扩散，浓度逐渐降低，另一方面受蓄水影响，部分污水呈明显的上溯扩展。CODMn、NH4－N向上扩展的距离近300m，TP向上扩展距离在200m左右。此外，水库蓄水还增大了污水的横向扩散距离。

表2 长寿城市污水处理厂尾水排放口污染负荷监测结果

本文采用等值线法，将同等浓度的相同污染物进行连接，可勾画出其监测水域的浓度平面分布图。如果以超过污染物背景浓度5%作为划定超背景污染带的标准，10月15日（平水期）长寿城市污水处理厂尾水排放口附近水域CODMn、NH4－N、TP超背景浓度5%的污染带范围见表3。

表3 2010年10月15日长寿城市污水处理厂尾水排放口区域各断面超背景污染带范围

由表3可知，2010年10月15日三峡水库175m蓄水期长寿城市污水处理厂尾水排放口附近区域出现的CODMn、NH4－N、TP超背景污染带长分别达1 000、1 000、700m，超背景污染带平均宽243、193、146m。由于CODMn、NH4－N入流背景浓度低（符合Ⅱ类水质标准），浓度超过功能区（Ⅲ类）水质标准的超标区域还局限在排污口附近一个比较小的范围内（羊叉河汇流口内），超背景污染带内的绝大部分水域水质仍满足Ⅲ类水质标准要求。由于TP入流背景浓度已达Ⅲ类水质标准，受污水影响，超背景污染带内的大部分区域已属超标（Ⅲ类）污染带，长约600m，平均宽约105m。

2.2.2 12月28日（枯水期）CODMn、NH4－N、TP浓度分布

12月28日监测时，水库处在175m高水位运行期。长寿断面长江流量为4 200m3／s，污水进入长江后随水流方向逐步向下游扩展，不存在污水上溯现象。背景断面设在汇流口上游150m处，采样点的岸边距仍为20～350m，控制区内长江入流的CODMn、NH4－N、TP背景浓度分别为2.39、0.377、0.127mg／L。

采用同样的方法确定超标污染带，12月28日（平水期）长寿城市污水处理厂尾水排放口附近水域CODMn、NH4－N、TP超背景浓度5%的污染带范围见表4。由表4可知，12月28日长寿污水厂尾水排放口下游水域CODMn、NH4－N、TP超背景污染带长分别达到1 100、900、1 100m，超背景污染带的平均宽分别为143、161、112m。其中只有NH4－N在排污口汇流的Ⅰ断面附近出现了长约50m，宽50m的超标（Ⅲ类）污染带。其余指标在超背景污染带内的水质仍满足Ⅲ类水质标准要求。

表4 2010年12月28日长寿城市污水处理厂尾水排放口区域各断面超背景污染带范围

2.2.3 枯水期与平水期单位负荷污染带面积比较

由超标污染带计算，平水期与枯水期单位负荷污染带面积比较见表5。结果，CODMn、NH4－N、TP的污染带宽度枯水季高水位运行期比平水期蓄水期要窄，产生的原因主要是蓄水上溯对污水输移有影响。CODMn、NH4－N单位负荷产生的污染带面积枯水季高水位运行期比平水期蓄水期要小，产生的原因为受到蓄水的影响，而TP单位负荷产生的污染带面积枯水季高水位运行期比平水期蓄水期要大，产生的原因有待于进一步研究。由上述分析可知，水库在蓄水阶段水流更不利于污染物扩散，会增加污染带的宽度，加重城市岸边污染。

3 结论

长寿城市污水处理厂运行正常，尾水水质稳定，能达到城镇污水处理厂出水水质标准要求，CODCr、NH4－N的出水水质受水温影响较大。

三峡水库蓄水时，污水厂尾水进入长江后，受到自然水流和蓄水顶托的影响，逐步向下游和横向扩散，并且混合后的污水呈明显的上溯态势。表明蓄水期，水流状态更不利于污染物的输移，使得平水期的污染带范围大于枯水期的污染带范围。

表5 长寿城市污水处理厂尾水排放口平水期（10月）与枯水期（12月）单位负荷污染带面积比较

三峡水库蓄水时，TP因入流背景浓度已达Ⅲ类水质标准，能形成700m的超标（Ⅲ类）污染带，CODMn、NH4－N虽能形成超背景污染带，但不超过Ⅲ类水质标准；水库175m正常运行期，NH4－N在排污口汇流Ⅰ断面附近出现了长约50m，宽约50m的超标（Ⅲ类）污染带，CODMn、TP在超背景污染带内的浓度仍满足Ⅲ类水质标准要求。

［1］ 邓春光，幸治国，黄 程.三峡库区长江岸边污染带现状与特性分析［R］.重庆市环境研究院，2009.

［2］ 刘 成，王兆印，何 耘，等.上海污水排放口水域水质和底泥分析［J］.中国水利电力研究院学报，2003，1（4）：275－279.

［3］ 方 芳，王 磊，郭劲松，等.三峡库区典型临江村镇排放污水的水质水量特征分析［J］.农业环境科学学报，2009，28（8）：1661－1668.

［4］ 袁晓燕，余志敏，施卫明.大清河流域典型村镇生活污水排放规律和污染负荷研究［J］.农业环境科学学报，2010，29（8）：1547－1557.

［5］ 金相灿，辛玮光，卢少勇，等.入湖污染河流对受纳湖湾水质的影响［J］.环境科学研究，2007，20（4）：52－56.

［6］ 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法［M］.第4版.北京：中国环境科学出版社，2002.