王紹征
(鄭州市市政工程勘測設計研究院,鄭州 450000)
根據近年來統計數據,污廢水排放總量持續增加(見表1),工業廢水排放量由于產業升級及政府在工業污染防治方面的努力,呈下降趨勢。生活污水排放量增加顯著,從2000年的2.21×1010t增至2015年的5.35×1010t。主要原因:一是人口規模不斷增加,二是隨著城鎮化,人口向城鎮聚集,城鎮居民的生活習慣、衛生設施配套等決定了城鎮生活用水量遠大于農村生活用水量。統計顯示,城鎮人均生活用水量225L/d,農村居民人均生活用水量89L/d,城鎮用水量是農村用水量標準的近3倍。
表1 排水總量統計表 ×108t
隨著城鎮化率進一步提高,局部人口密度增加,排水總量和排水密度同步增加,排水點更加集中,對城鎮下游水體特別是局域水體水質的影響更加顯著,排放指標控制更加重要。
根據現行DB 11890—2012《城鎮污水處理廠污染物排放標準》[1],污水廠出水水質標準分為一、二、三級,各地污水廠出水標準基本歷經二級、一級B、一級A等3個階段。目前,大部分污水廠均執行一級A排放標準。
2015年4月,國務院發布《水污染防治行動計劃》,提出到2020年,長江、黃河等7大重點流域水質優良比例總體達到70%以上,地級及以上城市建成區黑臭水體均控制在10%以內,地級及以上城市集中式飲用水水源水質達到或優于Ⅲ類比例總體高于93%。
北京市要求新、改、擴建的城市污水處理廠出水排入IV、V 類水體的 COD≤30mg/L,BOD≤6mg/L,TN≤15mg/L,TP≤0.3mg/L。
江蘇省規定太湖流域一級、二級保護區內污水處理廠排放 COD≤40mg/L,NH3-N≤3mg/L,TN≤10mg/L,TP≤0.3mg/L。
河南省要求鄭州市區現有污水處理系統執行COD≤40mg/L,BOD≤10mg/L,TN≤15mg/L,TP≤0.5mg/L。
從各地發布的污染物排放地方標準看,重點地區和流域相對于現行一級A標準,對COD、TP、TN、NH3-N等指標提出了更高的要求。
根據 GB 3838—2002《地表水環境質量標準》[2],江河、湖泊、運河、渠道、水庫等地表水標準分為5類,其中,V類水為最低要求,滿足農業用水及一般景觀要求用水。DB 11890—2012《城鎮污水處理廠污染物排放標準》對排入III、IV、V類地表水體的排放質量做了相關規定,I、II類地表水體做為水源地或保護區,一般不允許排入。
城鎮污水廠再生利用的途徑很多,如灌溉、建筑中水、河道補水、景觀用水、電廠冷卻水等,做為河道補水和景觀用水對水環境的影響較大,所占比例也較大。
水體富營養化主要是由于水體中含有的氮、磷、有機等可供藻類利用的營養物質較多,造成水體中的浮游植物如藻類會大量繁殖,水體水質就會降低,水體中的溶解氧下降,魚蝦等生物缺氧死亡。隨著人類生產生活,從外部排入水體的氮磷等營養物質導致水體快速富營養化。
城市黑臭水體是指城市建成區內,呈現出令人不悅的顏色和(或)散發令人不適氣味的黑污水體的統稱。城市黑臭水體分級的評價指標主要包括透明度、溶解氧、氧化還原電位和NH3-N。
BOD和COD反應的是水中有機物的含量(見表2),目前一級A的排放標準與地表V類水、再生水、富營養化的指標基本接近,稍低于Ⅲ類水、Ⅳ類水標準,其排放不會對環境水體造成嚴重危害。
表2 水質對比表mg/L
懸浮物在地表水、再生水等指標中都沒有提及,主要是因為通過對其他指標的控制,可以間接地對懸浮物起到控制作用。
TN、NH3-N一級A標準與再生水標準基本一致,低于黑臭水體評定標準,但遠高于地表水標準及富營養化判定標準,NH3-N是地表水V類標準的2.5倍,Ⅲ類標準的5倍,TN是地表水V類標準的7.5倍,Ⅲ類標準的15倍,富營養化標準的50倍。
TP的一級A排放標準與再生水標準基本一致,高于地表水標準,遠高于富營養化判定標準,是水體富營養化判定標準的50倍。
可見,目前城鎮污水廠的排放標準與水體的要求水質還是有很大的差距,尤其是氮和磷的濃度,對于下游排放基流比較大的河道,在河道水體水質較好的前提下,通過河水的稀釋和自凈作用,可以很大程度上減小對水體的沖擊,但對于河道基流較少,甚至河道補水完全靠污水廠尾水排放的河道、湖泊,污水廠排水的沖擊是非常嚴重的。對于TN,河道自有水量要達到污水廠排水量的7.5倍,出水段河道才能達到V類水標準,河道自有水量要達到污水廠排水量的15倍,出水段河道才能達到Ⅲ類水標準。TP的情況類似。
污水收集處理系統的布局行業現狀還是以相對集中布置為主,特別是一些一線城市、省會城市。如上海白龍港污水處理廠,處理規模2.8×106t/d,北京高碑店水廠,處理規模1×106t/d,鄭州新區污水處理廠,處理規模6.5×105t/d。集中布置的好處是單位占地、投資、運行成本低,便于運行維護。但缺點是管網投資高,風險比較高,管網或水廠出現問題時影響范圍大,難以有合理的應急手段。同時,尾水排放點集中,對排放水體沖擊大,不能有效發揮水體的自凈能力。
因此,污水收集處理系統宜適當分散收集處理,這樣作污水廠的數量會有所增加,但管網的投資是節省的,同時,各個污水廠之間可以實現水量調配,互聯互通,管網或水廠出現問題時可把進入問題管段、水廠的污水通過其他管段、水廠進行收集處理,提高城市的防災能力,同時,尾水排放更加分散,對現狀水體的沖擊減少,能夠更充分發揮水體的自凈能力,改善水環境。
我國幅員遼闊,各個地區的環境、氣候、生活習慣等差異很大,不同地區的環境容量、水資源狀況都存在很大差異,即使同一城市不同污水處理廠下游排放水體情況也各不相同,應在一級A基本要求的基礎上,不同城市、不同污水處理廠制定合適的排放標準,不能一刀切。出水排放標準的制定是一項復雜的系統工程,涉及地理、氣候、生活習慣、污水系統、處理工藝、水環境等多方面因素,應根據實際情況,一廠一策,合理確定污水廠排放標準。缺水地區、重點地區、重點流域等應制定更加嚴格的標準,而豐水地區、環境容量大的地區可放寬標準。
COD、BOD的一級A排放標準對水體沖擊不大,同時,COD、BOD的去除主要還是生化工藝,通過生物的方法去除,如根據地表水水質Ⅲ類或IV類標準進一步在污水廠內進行去除的難度較大,需要增加臭氧氧化、活性炭吸附等物理、化學的處理方法,成本較高,同時,在臭氧及活性炭的制備過程中也會產生新的污染,在經濟上和環境上都是不合理的,可以通過水體的自然凈化作用進一步消減。
TN、TP是引起水體富營養化和黑臭水體的重要因子,目前,一級A排放標準對TN、TP的排放指標控制不夠嚴格,是水體水質標準和水體富營養化判定標準的數倍到數十倍,對下游水體的沖擊非常大,嚴重影響地表水環境,各地應結合環境總體容量和下游排放水體水質標準,適當提高TN、TP排放指標。
隨著城鎮化水平的提高,排水量趨向集中,對水環境的局部影響更顯著,應根據地理、氣候、生活習慣、污水系統、處理工藝、水環境等多方面因素,優化污水收集處理系統布局,一廠一策,合理確定污水廠排放標準,減少對水環境的破壞。