青岛市某水质净化厂尾水排放对河道水质的影响研究

刘 浩，牟润芝，王丽艳，李琳琳，刘长青(.青岛张村河水务有限公司，青岛 6600；.青岛理工大学 环境与市政工程学院，青岛 66033)

随着城市化进程的不断发展，居民用水量日益增加，污水的排放量也呈大幅上升趋势.为保护水环境，保障居民的用水安全，新建城镇水质净化厂成为主流，尾水排放也成为影响自然水体的一大重要因素[1-2].虽然城镇污水处理厂排放标准对尾水排放做出了一定的限制，然而，即使是一级A排放标准，各项污染物指标还是超过了地表水Ⅴ类水质标准值，过高的氮、磷含量还是会对自然水体尤其是最终汇入海洋的河流的自净能力造成严重的影响[3-4].

2015年4月，国务院正式发布《水污染防治行动计划》(“水十条”)，明确指出“到2020年，沿海省(区、市)入海河流基本消除劣于V类的水体”.由于青岛市某河为季节性河流，旱季基本没有径流，某水质净化厂正式运行通水后，运行负荷可达4万m3/d，外排水将成为该河的主要径流来源.因此，污水处理厂运行后对该河水环境质量以及生态环境会造成极为重要的影响.

本研究通过长期跟踪监测该河河道上覆水及底泥间隙水的COD、总氮(TN)、氨氮、总磷(TP)等污染指标，比较河道水体的水质在水质净化厂运行通水前后的变化，明确水质净化厂通水运行前后对河道内源污染物释放的影响及其对河道水质短期及长期的影响，为后期河道治理模式的选择提供有力的数据支撑.

1 材料与方法

1.1 断面设置

根据《环境影响评价技术导则》(HT/T 2.3—93)及《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T 91—2002)要求，取样点主要分布在某水质净化厂规划排水口上下游特征断面.考虑到河道现状特征，在水质净化厂的规划排水口(P)上游设置2个取样断面，分别为上游漫水桥断面(断面Q)以及上游迷宫堰断面(断面M)；排水口下游设置4个取样断面，分别为橡胶坝断面(断面X)、深圳路桥下断面(断面S)、海尔路桥下断面(断面H)、河流交汇处断面(断面J).为了使取样具有代表性，每个断面在北岸坡、河道中心、南岸坡的位置各设置3个取样点.

通水前河道上覆水污染物的检测，在第1个月只取了该河最具有代表性的断面Q、断面M和断面X，后来又加入断面J，作为通水前河道上覆水的整体代表.为了更好地说明水质净化厂通水后对河道上覆水的影响，通水后追踪检测了所有断面和排水口P 1年内的污染物变化的情况.而对河道底泥间隙水的检测，通水前选取了上游断面Q和断面M 2个断面及下游断面X和断面J 2个断面进行检测，通水后，除对下游的断面X和断面J进行追踪检测外，又增加了下游的断面S和断面H 2个断面的检测.

1.2 样品采集及检测方法

水质净化厂通水前3个月，按照每个月1次的频率采集河道上覆水和底泥样品；通水后1年内，按照河道上覆水每月1次，底泥样品每季度1次的采集频率，对水质净化厂通水前后河道水质及与水质密切相关的关键因子进行追踪检测.

水样采集采取常规水样采集方法，保证低温，在检测前按检测要求进行过滤.底泥采用XDB0201抓斗式采泥器采集表层约5～10 cm的底泥样品，带回实验室采用室内间接取样法分离底泥间隙水，并按检测要求过滤.水样和泥样进行预处理后，按照表1所示的检测方法进行各项污染物指标的检测.

表1 污染指标及检测方法

2 结果与分析

2.1 通水前河道上覆水污染物含量

如图1(a)所示，水质净化厂通水前3个月每月河流断面的上覆水COD浓度平均值分别为80，65，62 mg/L，除个别断面外，河道中大多数断面的上覆水COD浓度远远高于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)V类水质标准要求的40 mg/L.同样，由图1(d)可知，通水前3个月整个河流断面的上覆水中总磷(TP)的平均含量也是远超《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)V类水质标准要求的0.4 mg/L，说明通水前河流上覆水水质污染情况较严重.而图1(b)中仅1月份TN含量较高，2，3月份TN含量有所下降，这可能是由于1月份气温最低，微生物活性最低导致N元素无法得到有效降解.由图1(c)可知，对于整个河流断面的上覆水中氨氮的含量来说，断面Q在通水前3个月全部超标，这可能与周围居民生活用水排放有关，其他断面水质虽不稳定，但氨氮含量的平均值均小于2.0 mg/L，说明河道中的氨氮污染不是主要污染因子.

2.2 通水前河道底泥间隙水污染物含量

如图2(a)所示，水质净化厂通水前3个月，河道底泥间隙水的COD平均浓度分别为111.67，105.06，72.54 mg/L，对比河道底泥间隙水与对应断面上覆水的COD污染情况(图1(a))可以看出，河道底泥间隙水的COD浓度远高于河道上覆水的COD浓度，大部分断面的底泥间隙水COD含量均大幅高于上覆水，特别是2018年2月份河流交汇处(断面J)的底泥间隙水COD含量是上覆水的3倍多.说明河道底泥很有可能向上覆水释放污染物.

如图2(b)和(d)所示，水质净化厂通水前3个月，对比对应断面上覆水的污染情况可以看出，河道底泥间隙水的TN，TP浓度远高于河道上覆水的TN，TP浓度，2018年2月和3月断面Q，X，J的底泥间隙水TN含量均大幅高于上覆水，特别是3月份4个断面的底泥间隙水TN含量均远远高于上覆水.进一步证实河道底泥污染物有向上覆水释放的风险，是严重的二次污染源.

如图2(c)所示，水质净化厂通水前3个月，河道底泥间隙水的氨氮平均浓度分别为14.44，6.41，23.61 mg/L，比较河道底泥间隙水氨氮浓度与上覆水的浓度可以看出，除1月份断面J和2月份断面M外所有监测断面底泥间隙水氨氮含量均远远超过《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)V类水质标准要求，且底泥间隙水氨氮含量均大幅高于对应断面上覆水的氨氮浓度，特别是3月份断面Q和断面X的底泥间隙水氨氮含量是上覆水中含量的10倍.然而通水前上覆水氨氮浓度基本达标，说明底泥间隙水中的氨氮实际上并未过多地向上覆水中释放.

综上所述，水质净化厂通水前，河道底泥间隙水污染都比较严重，很多断面污染物的含量数倍于河道上覆水.这是由于在水质净化厂通水前，河道中没有稳定的生态补充水，河道内没有径流，河道生态环境较差，基本失去健康河道对污染物的净化功能.此外，河道底泥作为河道的内源污染物，各项污染物含量均较高，在环境条件发生变化时，底泥会向上覆水释放这些污染物[5]，两方面综合影响，导致本阶段各项污染物浓度均较高.比较特殊的是，河道底泥中氨氮的吸附性能一般大于其他有机污染物，因此，在外界水环境条件发生变化时，相对于其他有机污染物，其释放量较小，不足以引起河道上覆水的超标.但污染物浓度较高的底泥间隙水仍是重要的潜在污染源.

2.3 通水后河道上覆水污染物含量

如图3所示，水质净化厂通水后，排水口上游2个断面Q，M上覆水COD含量平均值分别为50，46 mg/L，仍然超标；下游4个断面X，S，H，J上覆水COD含量平均值分别为32，37，37，36 mg/L，水质稳定且达标.排水口P处COD均值为30 mg/L，远低于地表水环境质量V类水质标准.不过在温度较低的冬季，如2019年的1，2月份，除了进水口P处达标外，其他各断面COD值均超过40 mg/ L，这是由于细菌丰度受季节影响，冬季丰度最低[6]，从而对有机污染物的降解降低.而在2019年5，6两个月份中，上游Q，M 2个断面COD排放严重超标，平均值分别达到了102和72 mg/L，因而导致下游河段也有所超标，进而影响整个河道断面水质.这是由于上游排水口距离居民区较近，居民排放生活污水所致，应加大对上游断面排水口的监管，以切断上游污染源.

由图4可以看出，2018年6月份水质净化厂通水后，排水口上游2个断面Q，M上覆水TN含量平均值分别为6.59，6.29 mg/L，比通水前(图1(b))出现了一定程度的下降；而下游4个断面X，S，H，J上覆水TN含量平均值分别为9.65，9.88，8.64，8.95 mg/L，其中断面X的TN含量明显降低，这是因为水质净化厂通水后，更好的水质流入河道，扩大了河道的环境容量.而断面J的TN含量略有升高，这是因为断面J距排水口P较远，较远的距离使水质净化厂对河道的影响降低.

结合2.2的论述，底泥间隙水中TN含量远远大于上覆水中的TN含量，由于河道下游河段没有全部进行底泥疏浚，通水后，部分断面中底泥间隙水可能会由于浓度差向环境释放，造成部分上覆水的TN含量升高.水质净化厂正式通水后，河道中出现了稳定的径流，自净能力得到一定恢复，环境容量扩大，大部分断面TN含量比通水前均有明显降低[7].

由图5可知，2018年6月份水质净化厂通水后，排水口上游2个断面Q，M上覆水氨氮含量平均值分别为0.40，0.35 mg/L，而下游4个断面X，S，H，J上覆水氨氮含量均值分别为0.40，0.35，0.39，0.44 mg/L，各断面的氨氮含量均明显下降，且远低于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)V类水质标准要求的2.0 mg/L.排水口P处氨氮均值为0.39 mg/L，也远低于地表水环境质量V类水质标准.

由图6可知，排水口上游2个断面Q，M上覆水TP含量平均值分别为0.27，0.28 mg/L，但个别月份偶尔超标.下游4个断面X，S，H，J上覆水TP含量平均值分别为0.23，0.23，0.24，0.28 mg/L，各断面的TP含量均有所下降，而且均达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)V类水质标准要求.排水口P处TP平均值为0.25 mg/L，远低于地表水环境质量V类水质标准.

总体而言，水质净化厂通水后，4万m3/d的稳定达标的净化水作为生态补充水外排入河道，各项污染物指标均有显著下降，明显改善了水质环境，对河道的生态恢复起到了至关重要的作用.在生态补充水对生态功能恢复的作用下，河道内动植物资源均起到了良好的恢复.河道内稳定的径流一方面大大加速了河道生态系统的恢复[8]，另一方面扩大了环境容量，使得各项污染物指标显著下降并进一步实现稳定达标.

2.4 通水后河道下游断面底泥间隙水污染物含量

由图7(a)可以看出，通水后下游断面X，S，H，J的底泥间隙水COD含量均较高.水质净化厂运行半年后已经形成了稳定的径流，但由于其底泥间隙水COD本底值较高(图2(a))，因此在其他水利扰动或环境条件变化时，如降雨时，底泥间隙水中的COD向上覆水释放，进而引起上覆水浓度超标.

由图7(b)可以看出，通水后下游断面中断面X的底泥间隙水TN含量极高，而其他3个断面TN含量均较低，几乎与上覆水中的相当.水质净化厂通水后形成的径流促使底泥间隙水中的N缓慢向水中释放，因此与之前底泥间隙水中的TN相比，通水1年后底泥间隙水中的TN含量有所降低.但是断面X上游10 m处有橡胶坝，所以该断面底泥间隙水受到水流的扰动较小，其中的N没有得到有效释放，因此该断面底泥间隙水TN含量仍较高.同样，图7(d)显示，断面H底泥间隙水中的TP含量在通水前期有所增多，尤其是气温最低的1月份，极低的气温和较小的水流扰动，底泥中积累的P元素增多，且得不到有效的降解和释放，导致TP含量大幅上升.通水后期，水厂排放的较洁净的水使TP得到有效释放，下游断面底泥间隙水中的TP含量均明显下降.

由图7(c)可以看出，通水后下游4个断面X，S，H，J的底泥间隙水氨氮含量平均值分别为21.55，5.16，6.39，6.60 mg/L.除了X断面氨氮含量较高外，其他3个断面含量相对较低，与TN不同，底泥间隙水中氨氮含量远远高于上覆水的含量.水质净化厂通水后形成的径流促使底泥间隙水中的氨氮缓慢向水中释放，因此与之前相比，底泥间隙水中的氨氮浓度有所降低，但底泥中氨氮的吸附性能较高，其释放量较小，所以底泥中氨氮浓度仍远高于上覆水中的浓度，是潜在的二次污染源.X断面则与TN情况相似，上游10 m处是橡胶坝，因此该断面底泥间隙水受到水流的扰动较小，其中的氨氮释放量较少，因此该断面底泥间隙水氨氮含量仍较高[9].

3 结论

1) 水质净化厂通水前，该河道上覆水污染严重，绝大多数断面的COD和TN在大部分时间内均超标，污染较为严重，而部分断面的氨氮和TP远超《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)V类水限值.

2) 水质净化厂通水后，排水作为生态补充水，扩大了所排河道的环境容量，一定程度上恢复了河道的生态功能，使河道的污染物含量均有所下降.上游漫水桥及迷宫堰2个断面围堰的存在，使上下游不连通，下游排出水不能回流到上游，其污染状况仍不容忽视.这两个断面的存水会在水量大的条件下溢出到下游，是下游水环境的潜在污染源.

3) 河道底泥间隙水在通水前后的污染情况都比较严重，底泥间隙水中各指标浓度均大幅高于上覆水.水质净化厂通水后，下游未疏浚河道底泥有可能在特定条件下与上覆水进行交换，是潜在的二次污染源，后期应进行底泥的疏浚.