陳 艷,林 斌,張品漢
(1.浙江睿城環(huán)境科技有限公司,浙江 溫州 325000;2.福建省環(huán)境保護設(shè)計院有限公司,福建 福州 350000)
水環(huán)境容量的計算是實施水污染物容量總量控制的基礎(chǔ),通過對水環(huán)境容量的分析與計算,確定水環(huán)境容量保護與利用的合理界限,使水污染物排放由目標(biāo)總量向容量總量控制。影響水域水環(huán)境容量的要素很多,概括起來主要有以下四個方面要素:水域特性、環(huán)境功能要求、污染物質(zhì)和排污方式。按照污染物降解機理,水環(huán)境容量可劃分為稀釋容量和自凈容量兩部分[1]。實際的水環(huán)境容量確定,是在分析稀釋容量與降解容量的基礎(chǔ)上,根據(jù)排污方式的限定與環(huán)境管理的具體需求,即在不改變排污口位置和水質(zhì)目標(biāo)等情況下,確定水域的環(huán)境容量。
在進行水環(huán)境容量計算時,研究河段的河流形態(tài)未發(fā)生顯著變化,擬考慮將該段作為一個整體進行計算,將排入河段的污染源作為輸入條件,進行模擬演算。
考慮到納污能力計算的復(fù)雜性,在實際計算時對排污口和支流口位置進行了概化。本次水環(huán)境容量計算的前提條件是保持目前排污口的格局不變。把排污口污水排放量較大的排污口,作為獨立的排污口處理,其他排污口可以概化合并處理。
本次計算河段的城市生活污染源僅包含縣城區(qū)污水廠,該污水處理廠設(shè)計水量為2.5萬 t/d(目前實際處理能力為2萬 t/ d),執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水廠污水污染物排放標(biāo)準》(GB 18918-2002)一級A標(biāo)準(下簡稱一級A標(biāo)準)。工業(yè)污染源主要涉及產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水處理廠,該污水廠現(xiàn)狀水量為0.2萬 t/d,擴建工程啟動后,設(shè)計水量為1.5萬 t/d,尾水排放執(zhí)行一級A標(biāo)準[2]。
范圍內(nèi)農(nóng)村生活污水直接或間接進入河流,根據(jù)測算結(jié)果,初步估計農(nóng)村生活人口總計約0.5萬人,根據(jù)調(diào)查,農(nóng)村生活污染物排放量如下:COD、氨氮、總磷分別為77.2 kg/d、5.3 kg/d、0.5 kg/d。
根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及相關(guān)資料,主要涉及區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要作物為水稻,每年種植一季。土壤和肥料中的氮磷在降雨或灌溉水作用下溶解或懸浮于徑流水中,隨徑流遷移出田塊而導(dǎo)致的農(nóng)田氮磷流失,最終隨著地表徑流進入河流,農(nóng)田徑流污染情況的調(diào)查結(jié)果如下:氨氮、總磷分別為1.4 kg/d、1.3 kg/d。
研究河段范圍主要處于禁養(yǎng)區(qū)范圍內(nèi),沿河村落基本無大牲畜養(yǎng)殖,只有少量雞、鴨、鵝、魚養(yǎng)殖,養(yǎng)殖以散養(yǎng)為主,數(shù)量不大,污染負荷較小,故不單獨核算。
生活污水收集系統(tǒng)無法完全覆蓋整個城區(qū),部分生活污水未經(jīng)城市管網(wǎng)零散排放,以城鎮(zhèn)徑流的方式進入河流,折算以城鎮(zhèn)徑流方式排污的人口為1萬人。城鎮(zhèn)徑流污水量與其污染物含量按照城鎮(zhèn)污水處理率、人均排放量進行計算。估算城鎮(zhèn)徑流污水排入計算河段的污染量如下:COD、氨氮、總磷分別為367.8 kg/d、20.7 kg/d、2.1 kg/d。
本次水環(huán)境容量計算過程中,考慮產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水處理廠和縣城區(qū)污水廠的排污量對水環(huán)境容量計算影響較大,結(jié)合實際排污量和規(guī)劃排污量的不同,假定兩個污水廠可能存在以下2種排污模式:
模式一:為兩座污水廠的排污現(xiàn)狀。此時,城區(qū)污水廠水量2萬t/d,執(zhí)行一級A標(biāo)準;產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水處理廠水量0.2萬t/d,執(zhí)行一級A標(biāo)準。
模式二:假定產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水處理廠達到遠期的設(shè)計規(guī)模。此時,兩個污水處理廠皆執(zhí)行一級A標(biāo)準,城區(qū)污水廠水量2.5萬t/d,產(chǎn)業(yè)園區(qū)處理廠水量為1.5萬t/d。
式中,W——(河段)的水質(zhì)目標(biāo)值,mg/L;C0——上游來水的背景濃度值,mg/L;qi——i排污口的污廢水排放量,m3/s;K——污染物綜合降解系數(shù),1/d;X1——排污概化口至下游控制斷面的距離,km;X2——排污概化口至上游控制斷面的距離,km;U——平均流速,m/s;α——不均勻系數(shù);31.536——g/s轉(zhuǎn)化成t/a的轉(zhuǎn)化系數(shù)。
排污概化口距下斷面的距離(X1)取5 km,排污概化口距上斷面的距離(X2)取0.5 km,計算河段的設(shè)計流量(枯水期)取4 m3/s,計算河段的設(shè)計流速(枯水期)取0.2 m/s。,下游控制斷面CODMn、氨氮、總磷水質(zhì)目標(biāo)值分別取5.4 mg/ L、0.9 mg/L、0.18 mg/L(預(yù)留10%的水環(huán)境容量作為安全容量),上游控制斷面CODMn、氨氮、總磷本底濃度值根據(jù)現(xiàn)狀監(jiān)測分別取3.1 mg/L、0.40 mg/L、0.08 mg/L,CODMn、氨氮、總磷綜合降解系數(shù)分別取0.25 d-1、0.15 d-1、0.10 d-1,模式一、模式二排污概化口總排污量分別為0.25 m3/s、0.46 m3/ s,不均勻系數(shù)(α)取0.9,COD與高錳酸鹽指數(shù)的換算系數(shù)取3.0。
以工業(yè)、生活點源作為模型正向輸入條件,模擬計算結(jié)果為理想水環(huán)境容量。
水環(huán)境容量定義為從理想水環(huán)境容量中扣除面源污染后的容量值。面源排污主要包括現(xiàn)有點源,生活面源(主要指農(nóng)村生活源)、分散畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)徑流和水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面的污染。研究河段各面源污染的產(chǎn)物量合計COD為445 kg/d(根據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)折合成CODMn為148.3 kg/d),氨氮為27.4 kg/d,總磷為3.9 kg/d。
可利用水環(huán)境容量定義為理想水環(huán)境容量扣除現(xiàn)狀點源入河污染量后的剩余容量,其中點源污染一般包括工業(yè)、規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖和城鎮(zhèn)生活污水污染三類。
經(jīng)計算,在模式一下,可利用水環(huán)境容量如下:CODMn446.2 kg/d、氨氮49.3 kg/d、總磷21.5 kg/d;在模式二下,可利用水環(huán)境容量如下:CODMn241 kg/d、氨氮-25.3 kg/ d、總磷15.5 kg/d。
計算本次水環(huán)境容量時,共假定了兩種模式,水環(huán)境容量計算結(jié)果顯示主要為枯水期氨氮容量出現(xiàn)過載。具體分析如下:
模式一:為兩座污水廠的排污現(xiàn)狀。此時,城區(qū)污水廠水量2萬t/d,執(zhí)行一級A標(biāo)準;產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水處理廠水量0.2萬t/d,執(zhí)行一級A標(biāo)準。此模式下,尚有可利用的水環(huán)境容量。
模式二:城區(qū)污水廠水量2.5萬t/d,一級A排放標(biāo)準;產(chǎn)業(yè)園區(qū)處理廠水量為1.5萬t/d,維持一級A排放標(biāo)準。此模式下,氨氮容量嚴重過載,水環(huán)境容量為-25.3 kg/d。
縣城區(qū)污水管網(wǎng)建設(shè)滯后,舊(老)城區(qū)居民生活污水未經(jīng)處理或經(jīng)簡單處理后直接排入河中,污水處理率和達標(biāo)率相對較低,建議下一階段完善城區(qū)內(nèi)主干道、次干道污水支管的鋪設(shè)工作,加大城區(qū)及周邊村莊的生活污水收集率,實現(xiàn)舊城區(qū)雨污分流,可提高河流水質(zhì)濃度,降低面源污染物排放量,騰出更多的水環(huán)境容量。
控制排污口下游的城鎮(zhèn)生活點源及農(nóng)業(yè)徑流帶來的面源污染。建議推廣農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)管理的措施,從種植制度、耕作方式、農(nóng)藥化肥施用方法、灌溉制度等土地利用管理措施入手,控制農(nóng)田徑流污染。
實施清潔生產(chǎn)不僅可以避免“先污染,后治理”的舊思路,而且可以實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的有機結(jié)合,提高企業(yè)的整體素質(zhì),充分利用資源、能源,最大限度達到“節(jié)能、降耗、減污、增效”的目的。同時,實施清潔生產(chǎn)可以提高企業(yè)競爭力,為企業(yè)的生存、發(fā)展?fàn)I造良好的環(huán)境發(fā)展空間。
要盡快完善產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水廠管網(wǎng)建設(shè),集中收集產(chǎn)業(yè)園區(qū)現(xiàn)有企業(yè)污水,降低河流上游污染物排放量,從流域上游降低水環(huán)境污染負荷,可騰出更多的水環(huán)境容量。