污水處理廠尾水回用對地表水的影響

污水處理廠尾水回用對地表水的影響

甘肅西河是國家商品糧食和“優(yōu)質(zhì)西方食品”的發(fā)源地之一。對工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的巨大潛力。由于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟總體水平不高,城市污水隨意排放造成了城市地表水和地下水水質(zhì)下降。僅從張掖市來看,年平均降水量160mm,農(nóng)田灌溉、工業(yè)用水主要靠提取地下水和部分利用山丹河、黑河地表水。在張掖市幾乎未經(jīng)處理的工業(yè)及生活用水,以灌溉→滲漏→溢出→再灌溉→再滲漏的形式相互轉(zhuǎn)化和重復(fù),不但造成了河流本身的污染,而且給下游地區(qū)也帶來了危害。根據(jù)張掖市總體規(guī)劃,2005年城市人口將達1.6×105之多,按污水折減系數(shù)計算,2005年城市污水排放總量為8.43×104m3/d。張掖市污水的主要污染物構(gòu)成(生活污水占35%,工業(yè)廢水占65%。工業(yè)廢水主要是由造紙、化肥、釀造、農(nóng)藥及輕工等企業(yè)的生產(chǎn)廢水組成),以有機物為主。根據(jù)《甘肅省地面水環(huán)境功能區(qū)劃》規(guī)定,山丹河匯入黑河干流的水域功能為Ⅳ類,再根據(jù)《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的規(guī)定,以及《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GHZB1-1999)中Ⅳ類水域的污水執(zhí)行二級標準的要求,并參考省內(nèi)其他城市污水處理廠進水水質(zhì),確定張掖市污水處理廠進水水質(zhì)BOD5、CODcr、SS、NH3-N和TPPO4分別為180、220、35和3.0mg/L;出水水質(zhì)分別為30、120、30、25和1.0mg/L。目前,國內(nèi)外脫氮除磷技術(shù)絕大部分采用活性污泥法,結(jié)合國內(nèi)活性污泥法污水處理技術(shù)發(fā)展水平,針對張掖市污水處理廠污水控制指標,可供選擇的工藝有A3O傳統(tǒng)曝氣法、SBR間歇曝氣法和氧化溝法。通過技術(shù)經(jīng)濟、工程量等多方面的比較,結(jié)合張掖市為農(nóng)業(yè)地區(qū)的實際,要求具備水質(zhì)、水量穩(wěn)定,不受季節(jié)影響及出水水質(zhì)必須滿足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB5084-92)旱作農(nóng)業(yè)標準限值,同時考慮冬季外排山丹河的特點,確定近期采用日處理8×104m3改良性氧化溝污水處理工藝,污水處理量2.92×107m3/a。1回收水回收的再處理張掖市污水處理廠尾水回用需考慮兩方面的因素,一是尾水資源化利用;二是從污水處理廠到尾水回用地的工程造價。經(jīng)分析,尾水回用的途徑有:1.1地下水資源潛力污水廠附近及沿尾水排放溝約有866.7hm2生態(tài)林,由于水資源缺乏,目前處于自然增長狀態(tài),土地開發(fā)潛力較大。城市污水水量穩(wěn)定且肥效高,用于林地灌溉不會對人體產(chǎn)生影響,在國內(nèi)外已得到廣泛使用,應(yīng)大力提倡。此舉,一方面節(jié)約地下水資源,另一方面可對地下水有效補給,經(jīng)濟及社會效益明顯。按3000m3/hm2灌溉水量計,可利用回水2.6×106m3/a。1.2工程尾水處理工程采用低水回收型土地用量方案污水廠下游三閘鄉(xiāng)丁寨子村附近的農(nóng)田用水,主要靠機井提取地下水灌溉,受水量的限制,土地使用率較低。本工程尾水可直接進入農(nóng)田渠道,不僅節(jié)約了大量地下水資源,同時也節(jié)約了機井提水耗電量。當(dāng)?shù)卮盒←溔L期耗水量為4111.2m3/hm2,按可灌溉農(nóng)田1333.3hm2計,需灌溉水量5.48×106m3/a。1.3張力廠沖灰水由于電廠沖灰水對水質(zhì)要求較低,按裝機功率2×300MW,需300m3/h的沖灰水,累計用水量2.63×106m3/a。1.4非農(nóng)業(yè)灌溉剩余尾水1.85×107m3/a,通過尾水排放渠排入山丹河,最終匯入黑河。2尾水灌溉對水資源的影響分析2.1影響地下水的分析2.1.1監(jiān)測結(jié)果的分析張掖市主要企業(yè)生產(chǎn)、生活用水為深層地下水(深層地下水是指埋藏于60m以下的地下水;承壓水是指下部承壓水,埋藏深度10~30m以內(nèi)),水質(zhì)的好壞將直接影響城區(qū)人民的身體健康。張掖市地下水流向,在祁連山山前自南向北流動,在合黎山山前自北向南流動,至細土平原后由東南向西北流動。市區(qū)常規(guī)地下水監(jiān)測點以南北兩山匯水區(qū)為中心,沿東南向西北等間隔布點,并在中心線兩側(cè)各布一點。由此可見,地下水監(jiān)測資料具有一定的代表性。據(jù)9個常規(guī)監(jiān)測點的監(jiān)測資料和張掖市谷氨酸廠環(huán)評時的4個臨時監(jiān)測點(位于污水處理廠附近)資料,采用《地下水質(zhì)量標準》(GB/T14846-93)所規(guī)定的方法,即綜合評價法,對上述13個監(jiān)測點的深層地下水進行質(zhì)量現(xiàn)狀評價。綜合評價分值模式為F=(Fˉˉˉ2+F2max)/2????????????√F=(Fˉ2+Fmax2)/2式中,F—各單項組分評價分值Fi的平均值;Fmax—各單項組分評價分值Fi的最大值。計算結(jié)果表明,全城區(qū)13個監(jiān)測點的深層地下水,F值在0.75~2.23之間,達到國家標準(0.80~2.50)良好水平。原因主要是頂部細顆粒隔水層的自凈淋濾作用,使深層地下水免受污染。但隨著地下水開采量的增大,垂直補給也將相應(yīng)增大,地下水可能受到污染。因此,若要保證地下水的水質(zhì),關(guān)鍵是要治理污染表層潛水水質(zhì)的污染源,使表層潛水水質(zhì)好轉(zhuǎn)。污水廠的建設(shè),將改變目前污水隨意排放和未經(jīng)處理的污水灌溉農(nóng)田的局面,既減輕了表層潛水水質(zhì)的污染,又保護了深層地下水的水質(zhì)不受污染,從根本上消除了城市污水對本地區(qū)地下水的潛在影響。2.1.2表層潛水污染經(jīng)過污水處理廠處理后的尾水水質(zhì)符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》要求,加之灌溉的生態(tài)林和農(nóng)田位于市區(qū)南部和北部多元結(jié)構(gòu)區(qū),頂部隔水層為亞沙土、亞粘土和粉細沙土層,厚度為10~30m,在目前污灌情況下表層潛水已受到輕度污染。但經(jīng)過污水處理廠處理后的尾水水質(zhì)較目前未經(jīng)處理直接污灌的水質(zhì)得到較大的改善,因此,尾水灌溉將減輕表層潛水的污染程度,對深層地下水不會產(chǎn)生影響。2.2影響水布局的分析張掖地表水主要是黑河水系(含山丹河),地表徑流主要來源于南部祁連山冰雪融水,屬降水、地下水、冰川融水混合型補給。2.2.1枯水期在山丹河、黑基因污染傳播山丹河全長160km,在張掖境內(nèi)干流長35km。由于上游水量經(jīng)幾個水庫調(diào)蓄及農(nóng)灌,上游水量在山丹縣已用完,進入張掖市境內(nèi)的水量僅為多處露頭的地下水和暴雨洪水匯入二壩水庫形成。山丹河具有冬枯、春汛、夏澇、秋旱的特點。據(jù)多年資料表明,年平均流量0.399m3/s;6~9月豐水期,月平均流量0.663m3/s;4、5、10、11月平水期,月平均流量0.365m3/s;1、2、3、12月枯水期,月平均流量0.176m3/s。目前,未經(jīng)處理的污水主要通過3條排污溝排入山丹河,最終匯入黑河。根據(jù)1996~2002年山丹河、黑河監(jiān)測資料,用標準指數(shù)計算了山丹河、黑河地表水質(zhì)量指數(shù)分級。由表1計算結(jié)果可以得知,除了山丹河枯水期為中度污染,黑河平水期為清潔外,其余均為微度污染。污染因子主要是糞便大腸菌群、CODcr、BOD5、NH3-N。2.2.2污水處理廠至山丹河的措施為了解非農(nóng)灌期,處理達標后的尾水對山丹河、黑河的水質(zhì)影響,采用完全混合稀釋模式進行了預(yù)測。C=(CpQp+ChQh)/(Qp+Qh)C=(CpQp+ChQh)/(Qp+Qh)式中,C污染物混合濃度,mg/L;Cp污染物排放濃度,mg/L;Qp廢水排放量,m3/s;Ch河流上游污染物排放濃度,mg/L;Qh河流流量,m3/s。由于山丹河、黑河的現(xiàn)狀監(jiān)測數(shù)據(jù)是在張掖城區(qū)生產(chǎn)和生活污水未經(jīng)處理直接外排的情況下所得,因不能作為本底值,故選用其上游二壩水庫數(shù)據(jù)和鶯落峽斷面的水質(zhì)數(shù)據(jù)。經(jīng)模式計算,在非農(nóng)灌期尾水直接排入山丹河,CODcr和NH3-N濃度分別為110.12mg/L和22.73mg/L。由山丹河匯入黑河后,CODcr和NH3-N濃度分別為21.97mg/L和3.14mg/L。預(yù)測濃度遠遠超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GHZB1-1999)Ⅳ類標準限值(CODcr和=30mg/L、NH3-N=1.0mg/L)。將嚴重影響山丹河水質(zhì),對黑河的水質(zhì)影響較小。通過以上計算和分析可知,污水處理廠建成后,對當(dāng)?shù)厮Y源起到了保護作用,減輕了地下水潛在污染的壓力,也改善了地表水的水質(zhì),但非農(nóng)灌期尾水直接排入山丹河仍會對山丹河水質(zhì)產(chǎn)生影響。為保證山丹河、黑河水質(zhì)和下游人群飲用水質(zhì)量,本文提出,將非農(nóng)灌期剩余尾水1.85×107m3/a通過架空渠穿越山丹河后,再修渠引入山丹河以北的紅沙窩農(nóng)灌或林灌。根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件和尾水已達農(nóng)灌水標準的先決條件,此舉不但解決了對山丹河水質(zhì)的影響,而且可擴大灌溉面積5333.3hm2。3利用尾水回用工程的經(jīng)濟和環(huán)境效應(yīng)3.1效益利率在不同時期比較建設(shè)項目的費用、效益和凈效益時,需要對未來的費用、效益和凈效益采用一定的貼現(xiàn)率(利率)作為折扣的量度。當(dāng)考慮了一定貼現(xiàn)率的費用、效益和凈效益,就稱為其現(xiàn)值,即把費用、效益和凈效益都轉(zhuǎn)化為同水平年的現(xiàn)值,使它們在整個時間段上都具有可比性。費用現(xiàn)值、效益現(xiàn)值、凈效益現(xiàn)值計算式如下。(1)當(dāng)前成本效益PVC=∑t=0nCt/(l+r)tΡVC=∑t=0nCt/(l+r)t(2)效率值PVB=∑t=0nBt/(l+r)tΡVB=∑t=0nBt/(l+r)t(3)方案的凈效益計算結(jié)果NPVB=PVB?PVC=∑t=0n(Bt?Ct)/(l+r)tΝΡVB=ΡVB-ΡVC=∑t=0n(Bt-Ct)/(l+r)t在每年發(fā)生等量費用和效益的情況下:NPVB=(Bt?Ct)((l+r)t+1?1)/r(l+r)tΝΡVB=(Bt-Ct)((l+r)t+1-1)/r(l+r)t式中,Ct為第t年的費用(萬元);Bt為第t年的效益;t為年度變量;r為貼現(xiàn)率;n為項目服務(wù)年限。按照凈效益現(xiàn)值的一般要求,只要NPVB>0,就認為項目是可行的,但在實際中,人們希望項目的凈效益現(xiàn)值越大越好,投資回收期越短越好。按上述公式,進行了兩種不同方案尾水回用的經(jīng)濟效益計算。第一方案,灌溉生態(tài)林866.7hm2,灌溉農(nóng)田1333.3hm2,電廠沖灰水2.68×106m3/a,剩余尾水排入山丹河。第二方案,除第一方案的3個用途外,剩余尾水1.85×107m3/a通過架空渠穿越山丹河后,再修渠引入紅沙窩農(nóng)灌或林灌,灌溉面積5333.3hm2,計算結(jié)果如圖1所示。由圖1可知,在年貼現(xiàn)率不變(4%),方案一的凈效益現(xiàn)值為15.6年>0;方案二的凈效益現(xiàn)值為11.2年>0,兩種方案的凈效益現(xiàn)值均滿足行業(yè)規(guī)定要求(18年>0)。第二方案比第一方案雖增加投入1×107元,但第二方案比第一方案縮短投資期4.4年,經(jīng)濟效益更明顯。3.2建設(shè)水綜合排放工程,保護了城市水資源(1)通過污水處理廠處理后污染物排放量大量削減,CODcr、BOD5、SS、NH3-N、和TPpo4分別削減了9636t/a、4380t/a、5548t/a、292t/a和58.4t/a。廢水排放濃度低于《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的二級標準值,同時也低于《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB5084-92)旱作農(nóng)業(yè)標準限值。(2)解決了城市污水隨意排放,保護了城市環(huán)境衛(wèi)生,為發(fā)展城市旅游業(yè)創(chuàng)造了條件。特別是市區(qū)866.7hm2生態(tài)林的建設(shè),不僅美化了城市,而且起到了防風(fēng)固沙作用。6666.7hm2農(nóng)田灌溉,還有2.68×106m3/a電廠沖灰水,可節(jié)約水資源2.92×107m3/a,極大地緩解了當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的壓力。(3)隨著污水處理工程的建設(shè),直接保護了地表水(山丹河、黑河)及地下水環(huán)境,減輕了污水蒸發(fā)對空氣的污染和重復(fù)使用水資源對土壤的污染。(4)第二方案全部尾水回用(零排放),徹底解決了對山丹河水質(zhì)的影響。4減少水土流失,減輕土地水資源壓力(1)污水處理工程的建設(shè),直接保護了地表水和地下水環(huán)境,減輕了污水蒸發(fā)對空氣的污染和重復(fù)使用水資源對土壤的污染。特別是城市866.7hm2生態(tài)林的建設(shè),不僅美化了城市,而且起到了防風(fēng)固沙的作用。6666.7hm2農(nóng)田的尾水灌溉及電廠沖灰水,可節(jié)約水資源2.92×107m3/a,極大地緩解了當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的壓力。(2)通過污水處理工程的建設(shè),污染物排放