长江流域典型城市污水厂尾水评价.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023长江流域典型城市污水厂尾水评价王话翔，刘敏，王宇喆（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335）收稿日期：2022-08-26基金项目：上海市科委科研基金资助项目（19DZ1204500）；中国长江三峡集团有限公司科研项目（202003129）作者简介：王话翔（1994），男，安徽濉溪人，硕士，主要从事水环境综合治理、水生态修复方面的研究工作E-mail：摘要：选择长江流域上、中、下游典型代表（分别为云南省、江西省、上海市）城市污水厂尾水进行评价，结果显示：以污水厂一级A出水作为评价标准值，选取COD、NH3-N、TN、TP四个指标，运用综合污染指数法、改进内梅罗指数法评价得出云南、江西尾水呈轻度污染，存在一定波动变化，上海尾水水质较清洁，出水水质较为稳定。运用回归分析筛选尾水的主要影响因子，云南尾水污染主要影响因子为NH3-N、TP，且TP影响作用在季节变化中逐渐增强，江西尾水污染主要影响因子为TN、NH3-N，上海尾水污染主要影响因子为TN、TP。两种评价方法相关性较强，综合污染指数法所得结果总体小于改进内梅罗指数法的结果，前者可快速判断水质变化，后者评价更为客观严谨。关键词：污水厂尾水；综合污染指数法；改进内梅罗指数法；长江流域中图分类号：X824文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.032随着水环境治理深入，低污染水的治理逐渐被重视。近年来，对长江流域污水厂尾水的研究多聚焦在地表水水质、尾水特征等方面，对长江流域尾水排放的综合评价较少，本文对长江流域上、中、下游典型城市污水厂尾水水质进行评价并分析其主要影响因子，以期为尾水管理及后期水质提升提供参考。水质评价方法有单因子指数法、灰色系数评价法、污染指数法等，各方法间存在偏差1。为综合各因子间相互影响，选取能定量描述整体水质优劣程度的综合污染指数法与内梅罗指数法，两者计算简单，评价结果能满足划分水质等级的要求 2。因传统内梅罗指数法对污染评价灵敏度较低，故采用修正后的内梅罗指数法进行对比分析。1数据与方法1.1研究区域与数据来源选取长江流域上、中、下游3个典型省（市）：云南省、江西省、上海市，对三地2020年城市污水厂尾水进行评价分析。污水厂尾水水质数据来源于各地生态环境厅（局），包含2020年云南省 32 座、江西省 172 座、上海市 30 座污水厂，水质指标有COD、NH3-N、TN、TP。1.2研究方法本文运用Excel 2016、IBM SPSS Statistics 23.0软件进行分类汇总、统计，多元逐步回归分析筛选主要贡献因子；水质评价方法采用综合污染指数法、改进内梅罗污染指数法。1.2.1综合污染指数法综合污染指数法通过计算所有单因子的相对污染值均值来描述综合污染程度1。P0=1nni=1CiAi=1nni=1Pi（1）式中：P0为水质综合污染指数算术平均值；Pi为第i种污染因子指数；Ci为第i种污染物实测值，mg/L；Ai为第i种污染物标准值，mg/L；n为评价因子数。1.2.2改进内梅罗污染指数法（1）传统内梅罗指数法。计算包括单因子指数的最大值与均值，相较于综合污染指数，突出了污染指数最大的因子影响3，见下式。P1=（P2imax+P02）/2（2）式中：P1为内梅罗指数；Pimax为Pi中最大值。（2）改进传统内梅罗指数法a。为体现不同因子的影响程度大小，引入因子权重，避免忽略重要因子的影响，对均值进行修正4。P2=（P2imax+P02）/2（3）式中：P2为改进内梅罗指数a；P0为修正后的各因子指数均值；P0=ni=1hipi，其中hi=ti/ni=1ti，ti=Ai max/Ai，hi为第i个因子权重，ti为第i个因子的相关性比值；Aimax为所选污染因子标准值的最大值。（3）改进传统内梅罗指数法b。P2虽引入了因子权重，但未修正最值，评价结果一定程度上存在区别，在P2基础上对最大因子指数进行权重修正，使得评价结果更为客观4。P3=（P2i max+P02）/2（4）式中：P3为改进内梅罗指数 b；Pi max为 Pi加权后的最大值，Pi max=（Pi max+Ph）/2；Ph为权重值最大的因子Pi值。2结果分析2.1水质等级与权重确定为便于水质评价结果分析，水质综合评价结果按照表1进行分级1。评价值会随不同标准限值产生不同评价结果，本次评价以城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002）中一级A标准作为评价标准值。同时根据改进内梅罗指数法对各因子权重进行计算，结果见表2。2.2长江上游城市污水厂尾水评价对云南省2020年污水厂尾水进行评价，结果见表3。2020年云南P0、P1、P2、P3年均值分别为0.460、0.541、0.589、0.585，尾水评价等级从月、季、年尺度划分均为轻度污染。不同评价方法中P0值总体小于其他评价方法所得值，P值均呈现春季夏季冬季秋季趋势，秋季水质较好；15月污染程度呈一定波动性，612月趋于稳定，污染程度较高月份表1尾水水质等级划分P值范围0.200.210.400.410.70水质状况清洁A较清洁B轻度污染CP值范围0.711.001.012.002.00水质状况中度污染D重污染E严重污染F注：AF为水质状况等级代号表2水污染评价因子权重值评价因子CODNH3-NTNTP一级A标准/（mg L-1）505150.5权重值0.008 70.087 50.029 20.874 6 62人 民 黄 河2023年S1集中在3月、4月，同时P0值3月大于4月，P1、P2、P3值与之相反，主要原因是4月TP浓度（0.33 mg/L）较高，其权重值（0.874 6）较大，因此采用改进内梅罗方法评价时，对极值和均值修正使得其结果较大。2.3长江中游城市污水厂尾水评价对江西省2020年污水厂尾水进行评价，结果见表4。P0、P1、P2、P3年均值分别为0.430、0.506、0.534、0.517，整体评价等级季、年尺度均为轻度污染，在月变化中，P0值中较清洁级别占41.7%，分别为2月、4月、7月、10月、12月，其余均为轻度污染，而P1值评价结果均为轻污染，P2、P3值评价结果除9月为中污染外，其余均为轻污染。不同评价方法中P0值总体小于其他评价方法所得值，其中5月份P0值略大于P3值，主要原因是5月NH3-N浓度（3.08 mg/L）高于其他月份1.73.5倍，但其权重值（0.087 5）较小，修正后的内梅罗指数法影响小于综合污染指数，使P0值略大。P0值秋季春季冬季夏季，而P1、P2、P3值秋季夏季春季冬季，秋季为该地区尾水污染水平较高的季节，冬季污染影响程度相对较低。全年污染程度呈一定波动性，9月所有评价方法中P值最高，应注重夏秋季节交替期间污水厂出水水质的管控。2.4长江下游城市污水厂尾水评价对上海市2020年污水厂尾水进行评价，结果见表5。2020年上海P0、P1、P2、P3年均值分别为0.256、0.402、0.394、0.307，尾水评价等级除P1评价为轻污染外，其余均为较清洁，整体水质较好。从季度尺度分析，P0、P3均评为较清洁等级，而P1、P2春、夏季为较清洁，秋、冬季为轻污染。同样在月变化中，P0、P3均全评为较清洁等级，而P1、P2评价结果全部相同，其中轻污染占41.7%，其余均为较清洁等级。不同评价方法中P0值总体小于其他评价方法值，整体 P值秋冬季春夏季，不同评价方法间变化趋势不同，在季节与月份尺度上，P1、P2相较于P0、P3变幅明显，应注重在年初、年末的尾水水质提升。2.5尾水水质主要指标影响因子通过回归分析筛选尾水水质主要影响因子，结果见表6。云南省2020年尾水水质的主要影响因子为NH3-N、TP，春季、夏季为NH3-N、TP，而秋季、冬季TP影响程度上升，跃为第一影响因子。TP的总体影响较高，在长江沿线11个省（市）中，云南地区人均TP排放量第三，生活污水中含磷量较高5，2020年污染程度、TP影响程度均降低，2020年云南昆明污水厂出水分为AE等级，A等级中TP排放限值仅为0.05 mg/L，有效控制了含磷物质的排放。江西省2020年、季节尾水水质的主要影响因子均为TN、NH3-N。含N物质总体影响较高，COD对该地影响最小，2020年江西省所排废水中氨氮总量4.59万t，66.2%来源于生活污水，总氮总量12.91万t，55.8%来源于农业污水6，因此要加强生活、农业污染源的源头治理，同时要对污水厂处理工艺提标改造。上海市2020年全年尾水水质的主要影响因子均为TP、TN，上海市2019年生态环境状况公报中也指出近年来N、P污染虽有缓解，但仍为主要污染来源，若要满足更高的出水要求，需要增强对含N、P物质的深度处理。2.6水质评价结果对比分析基于综合污染指数法、改进的内梅罗指数法b评价结果及尾水主要影响因子筛选，对比分析3个地区尾水水质。两种方法评价结果整体由好到差均为上海、江西、云南；P0值秋季江西时段1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月春季夏季秋季冬季P00.4750.4200.5480.5010.4420.4360.4770.4750.4170.4170.4420.4460.4970.4630.4250.454级别CCCCCCCCCCCCCCCCP10.5480.4980.5860.5880.5300.5220.5560.5600.5210.4890.5260.5370.5680.5460.5120.537级别CCCCCCCCCCCCCCCCP20.5810.5370.6180.6460.5880.5780.5860.6210.5870.5340.5810.5700.6170.5950.5680.577级别CCCCCCCCCCCCCCCCP30.5700.5280.6180.6460.5880.5780.5710.6210.5870.5320.5810.5520.6170.5900.5670.568级别CCCCCCCCCCCCCCCC表3云南省污水厂尾水评价结果表4江西省污水厂尾水评价结果时段1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月春季夏季秋季冬季P00.4290.3840.4470.3240.5100.4220.3560.4520.5680.3880.4460.3790.4270.4100.4670.418级别CBCBCCBCCBCBCCCCP10.5010.5120.5230.4180.5660.5060.4100.6010.6520.4380.5200.4240.5020.5060.5370.481级别CCCCCCCCCCCCCCCCP20.4900.5900.5720.4390.5450.5290.4480.6920.7120.4710.5240.4580.5190.5560.5690.491级别CCCCCCCCDCCCCCCCP30.4440.5900.5720.4150.4980.5080.4480.6920.7120.4710.4920.4580.4950.5500.5580.465级别CCCCCCCCDCCCCCCC表5上海市污水厂尾水评价结果时段1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月春季夏季秋季冬季P00.2840.2600.2800.2630.2440.2600.2200.2150.2680.2640.2510.2770.2620.2310.2610.271级别BBBBBBBBBBBBBBBBP10.4520.4340.3990.3800.3900.3880.3390.3350.3620.4120.4430.4830.3900.3540.4060.459级别CCBBBBBBBCCCBBCCP20.4310.4120.3770.3850.3670.3890.3380.3300.3900.4010.4280.4630.3760.3520.4060.441级别CCBBBBBBBCCCBBCCP30.3150.2870.2870.3340.2570.3270.2770.2640.3720.3130.3040.3250.2930.2890.3300.315级别BBBBBBBBBBBBBBBB（下转第65页）63人 民 黄 河2023年S1注：*表示该指标为其第一影响因素，*表示该指标为其第二影响因素表62020年各区域尾水水质回归标准化系数值分析结果时段全年春季夏季秋季冬季云南COD0.1840.1440.2140.2040.217NH3-N0.595*0.710*0.651*0.2740.288*TN0.2420.1710.2600.334*0.259TP0.410*0.326*0.424*0.572*0.464*江西COD0.0790.0970.1560.1310.048NH3-N0.509*0.350*0.297*0.326*0.300*TN0.621*0.706*0.724*0.796*0.683*TP0.1750.1640.2220.2190.228上海COD0.2990.3240.1830.2550.417NH3-N0.1780.2790.0440.0370.17TN0.463*0.431*0.403*0.472*0.514*TP0.698*0.658*0.714*0.833*0.528*大于云南，其原因是秋季云南尾水主要影响因子为TP，而江西尾水主要受含氮物质影响；P3值云南大于江西，主要因为将权重较大的因子TP纳入了考量范围。相较于云南、江西，上海水质虽存在季节化差异，但水质等级高，处理水平较稳定，主要原因是上海近年来提标改造了31座污水厂，2020年底尾水水质全面满足一级A及以上标准，各污染物浓度明显低于其他地区，同时下游地区经济相对发达，产业结构高级化有利于水体污染物的减排7。通过对比，综合污染指数法与改进内梅罗指数法结果趋势基本相同，存在较强的线性相关，均能反应污染状况。前者评价值一般小于后者，即评价所得水质好于后者，主要原因是前者将水质污染因子的综合影响纳入考量，均值化计算降低了重要因子的影响2。在实际的尾水水质评价中，改进内梅罗指数法反映水质状况更为客观、细致，综合污染指数法可用于快速判断水质较好区域的水质变化趋势。3结论本文对长江流域上、中、下游典型地区的城市污水厂尾水水质进行评价，并筛选主要影响因子，可以为尾水的特征分析与评价、各地区尾水管理处置提供参考。（1）以一级A标准作为评价标准值，利用综合污染指数法、改进内梅罗指数法评价，得出尾水水质整体污染程度由高到低为上游（云南，轻度污染）、中游（江西，轻度污染）、下游（上海，较为清洁）。（2）云南省尾水评价值：春季夏季冬季秋季，污染程度较高主要在3月、4月，主要影响因子为NH3-N、TP，且TP影响逐渐升高；江西省P0值：秋季春季冬季夏季，P1、P2、P3评价值均为秋季夏季春季冬季，污染程度较高主要在9月，主要影响因子为TN、NH3-N；上海地区整体 P值秋冬季春夏季，主要影响因子为TN、TP。（3）两种评价方法相关性较强，综合污染指数法结果总体小于改进内梅罗指数法结果，改进内梅罗指数法评价更为客观严谨，可用于污染等级的判断，综合污染指数可用于快速判断水质较好区域的水质变化情况。参考文献：1 张翔.综合污染指数评价法在北洛河上的研究应用 J.水利技术监督，2021（3）：8-10，18.2 王竹，朱士江，刘扬，等.不同水质评价方法在滦河下游段的比较应用 J.节水灌溉，2019（10）：68-72，77.3 蔡晔，林怡雯，李月娥，等.利用改进的内梅罗指数法模型评价苏州市内外城河水质 J.化学分析计量，2015，24（2）：84-87.4 王紫媛，刘星月，王伟超，等.典型滇池湿地公园的水质评价与污染源分析 J.灌溉排水学报，2022，41（S1）：90-96.5 李曼，敬红，贾曼，等.20162019年长江经济带总磷污染及治理特征分析 J.中国环境监测，2021，37（5）：94-102.6 江西省生态环境厅.2020年度江西省生态环境统计年报 R.南昌：江西省生态环境厅，2020：7-8.7 柳梦畑，夏良科.城镇化加剧了环境污染吗：基于长江经济带110个城市面板数据的经验分析 J.科技与管理，2017，19（5）：45-51.【责任编辑许立新】（上接第63页）极宣传提高水电建设者环保意识和公众参与度，以改变当前对生态环境保护意识薄弱的问题。（2）优化环境影响评估机制。建立科学完善的环境影响评价监督与反馈机制，研究水利水电工程建设对周围气象条件、水文环境等带来的不良影响，评估工程建设区域水生生物生长环境的影响。（3）其他环境保护策略。水环境保护策略：建立生活污水处理系统，污水达标处理后用于绿化养护或者道路洒水降尘；施工现场设置给排水沟和完善排水系统，防止水土流失，破坏植被和其他资源。大气污染保护策略：在建设施工阶段尽量采用闭路循环、半干法、湿法等作业以减少粉尘污染，进场机械设备应选用燃烧效率高的燃料，并配置尾气净化设备。固体废弃物环保策略：对各施工承建单位进行严格监管，生产生活垃圾禁止乱丢乱弃，应统一回收，集中处理；对于建筑垃圾应分类处理，循环利用，避免资源浪费。动植物保护策略：避免对施工场地周围环境造成破坏；加强对全体员工保护野生动植物的宣传教育，尽可能减轻对现有生态环境的破坏。4结语水利水电工程建设周期较长，在实际建设过程中难免造成生态环境问题，因此，需在建设与管理工作中建立水电工程良性运行长效机制，实现人与自然和谐共生，最终确保水利水电工程发挥经济、社会和环境效益。【责任编辑吕艳梅】65