污水厂尾水受纳水体水环境容量分析

孙雪梅，何 琦，王萌萌

（1.济南市水文局，山东 济南 250011；2.中国城市建设研究院有限公司山东分院，山东 济南 250101）

水环境容量是满足水功能区划确定的水环境质量标准要求的最大河道允许污染负荷量，体现了在一定的水域水体能够被继续使用并仍保持良好生态系统时，所能容纳的外来水量及污染物的最大能力，即水体的水环境承载能力，因此水体水环境容量在当地环境中十分重要。

1 影响水体水环境容量的因素分析

1.1 水体的自净能力

水体自净大致分为3 类，即物理净化、化学净化和生物净化。它们同时发生相互影响，共同作用，水体的污染与净化互相并存，相对稳定，最终达到一种生态平衡状态。

1.2 水环境质量目标

按水质对环境的影响来划分，地表水体可分为五类水域功能，不同的水环境功能区有不同的水环境质量目标，分别执行相应类别的标准值。依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为以下五类：

Ⅰ类主要适用于源头水、国家自然保护区；Ⅱ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；Ⅲ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；IV 类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；V 类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。

1.3 水体污染物和污染源

水体主要污染物分为物理性污染和化学性污染两大类。物理性污染是指由物理因素引起的环境污染，如：放射性辐射、电磁辐射、噪声、光污染等，包括颗粒状物污染、热污染、放射性污染物；化学性污染主要是指有机或无机农用化学物质、食品添加剂、食品包装容器和工业废弃物的污染，汞、镉、铅、氯化物、有机磷机化合物等所造成的污染。包括无机无毒物、无机有毒物、有机无毒物、有机有毒物等。

一般的城市污水处理厂出水，执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）标准。但是仅仅限定这些还是不够的，还必须分析受纳水体的环境允许量。

2 污水厂受纳水体水环境容量的确定

2.1 水环境容量计算的方法

采用完全混合模型对水体水环境容量进行估算。由于水环境容量是在水资源利用水域内，在给定的水质目标、设计流量和水质条件的基础上，水体所能容纳污染物的最大数量按照污染物降解机理，水环境容量可划分为稀释容量、自净容量和迁移容量3 部分，即：

式中：W稀释为稀释容量，是指在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量。W自净为自净容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。W迁移为迁移容量是指污染物从给定水域排出、进入另一个水域的污染物量。其中，自净容量的计算公式为：

式中：W自净为降解容量，即自净容量，t/a；K为综合降解系数，1/d；V 为水体体积，m；Cs为水环境质量目标，mg/L。

2.2 水体在不同综合降解系数下的水环境容量

条件设定：污染物来源在一定时段内保持稳定；整个水系的环境容量均衡；计算过程不考虑水体断面交换的流入、流出容量。污水厂排放污水和给定水域的水质相同，且污水进入给定水体后没有外排至其他水体；水环境质量目标一定。则水环境容量公式中稀释容量和迁移容量均为零。那么，水环境容量的大小就取决于水体的自净能力。水体自净容量的大小又取决水体综合降解系数“K”。

根据《全国地表水水环境容量核定》，不同水体的综合降解系数的大小也不同，如表1 所示。

表1 水质降解系数参考值

由表1 可以看出，水质及生态环境状况越好，即水质条件、水体流动性越好，水体的综合降解系数越高。随着水体污染物降解系数K 值的增大，水系的COD、氨氮的水环境容量就会提高。因此，采取措施改善水体的流动性和水质条件，可增大水系的水体污染物降解系数，增强河道水体的自净能力，提高该水体的水环境容量。

图1 为污水厂排污量一定的情况下，污水厂出水排放至不同综合降解系数的受纳水体时，受纳水体的水环境容量和污水厂排污量对比示意图。

图1 不同降解系数K 值下氨氮的水环境容量（K1

1）当 k（COD/氨氮）=K1 时，污水厂排污量大于水体的水环境容量，则受纳水体无法依靠自净能力恢复至原水质，容易形成黑臭水体。

2）当 k（COD/氨氮）＝K2 时，污水厂排污量等于水体的水环境容量，则受纳水体依靠自净能力恢复至原水质，维持原水体水质条件平衡。

3）当 k（COD/氨氮）＝K3 时，污水厂排污量小于水体的水环境容量，则受纳水体依靠自净能力可轻松将排入的污染物分解，保持、甚至高于其原水体水质。

2.3 污水厂出水水质对收纳河道水质影响模拟

以某城市污水厂出水排至某河为例，采用水质模型模拟在污水厂排水标准不同的情况下对河道的水质影响。河道上游来水为地表Ⅳ类水，CODcr 综合衰减系数取0.2d-1。

各污水厂按地表Ⅳ类水达标排放，徒骇河下游（四新河前断面）CODcr 浓度25.7 mg/L，在地表Ⅳ类水范围内，说明污水厂出水排放污染物量小于河道本段水环境容量，如图2 所示。

图2 接受尾水地表Ⅳ类河道水质沿程变化

各污水厂按地表Ⅴ类水达标排放，河道下游CODcr 浓度30.2 mg/L，刚好维持在地表Ⅳ类水范围内，说明污水厂出水排放污染物量约等于徒骇河本段水环境容量，如图3 所示。

图3 接受尾水地标Ⅴ类河道水质沿程变化

各污水厂按一级A 达标排放，徒骇河下游（四新河前断面）CODcr 浓度34.6 mg/L，超出地表Ⅳ类水范围，说明污水厂出水排放污染物量大于徒骇河本段水环境容量，如图4 所示。

图4 接受尾水一级A 河道水质沿程变化

3 结 语

1）人们在生产生活中利用并污染了水，就必须处理好污水治理与合理排放，污水处理厂作为人们保护环境的一项必要工程措施，必须将纳污及尾水排放与当地水环境生态相融合。

2）水环境容量的控制应该建立一整套的科学管理体制，包括水环境生态的建立、水环境容量的确定以及污染物控制法规等。

3）做好污水厂尾水的资源化利用，是节约常规水资源的有效途径，也是保障水环境容量平衡的有效措施。