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《城鎮污水處理廠污染物排放標準》與《地表水環境質量標準》的比較和發展趨勢探索

《城鎮污水處理廠污染物排放標準》與《地表水環境質量標準》的比較和發展趨勢探索

發布日期:2019-12-02 作者:陳華 點擊:

一、 兩個標準制定的出發點迥異

《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(下文簡稱《污水標準》)與《地表水環境質量標準》(下文簡稱《地表水標準》)是兩個不同類別的標準,它們制訂的出發點和考慮范疇是迥異的。《地表水標準》是國家環境保護標準體系的一個重要組成部分,1983年首次頒布后,已分別于1988年、1999年、2002年進行了三次制修訂,第四次制修訂工作也該適時進行。該標準適用于江、河、湖、渠、水庫等具有使用功能的地表水水域,是專門針對人類社會中所存在的一部分與人類關系比較密切的水制訂的標準。根據地表水使用功能的高低不同,劃分為五類標準。該標準從環境與健康風險管理角度出發,既尊重了環境毒理學試驗數據,立足環境基準,又綜合考慮了經濟、社會發展狀況,制訂和執行該標準對維護人體健康具有重要保障作用,這便是標準制訂的出發點。

《污水標準》亦是國標,目前使用的是首次發布的2002年版,2015年底發布的征求意見稿是對2002版的修訂,一經發布便引發了許多學術爭論。該標準聚焦城鎮污水處理廠,制訂的出發點是水、氣、泥、聲四大類污染物在污水處理廠經過妥善處理后再排放到受納環境,由受納環境所允許的納污能力來反推其污染指標的限制濃度。在該標準中,水、氣分別設定三級標準,污水一級標準中分設一級A和一級B標準。

從考慮范疇來看,《地表水標準》考慮的范疇更寬泛,控制項目達109項。它將環境作為一個系統、一個整體來考慮。由于環境包含自然和非自然的部分,城市化加劇后,污染物排放主要是由于非自然的人類活動造成的。而除此之外,自然界還有許多其他的自然現象和活動,如除了人類之外的其他動物、植物和微生物的活動,風、雨、雷電等自然現象等,都會造成整個環境的變化。因此,環境工作者在制訂《地表水標準》時考慮的是整個生態系統。《地表水標準》關心的是某一種氮類指標濃度變化及其對水生態糸統的貢獻。而《污水標準》考慮的范疇相對狹窄,控制項目為62項,其中基本控制項目為19項,僅考慮城鎮污水處理廠污染物排放及與受納環境的關系。綜上所述,兩個標準制訂的出發點和關注焦點都有較大差異。

二、兩個標準的指標對應和關聯性分析

(一)《污水標準》中控制項在《地表水標準》中的對應

1.基本控制項的對應

現將《污水標準》中62項控制指標進行分解,與《地表水標準》進行比較。污水排放標準基本控制項目共19項,其中表1為12項。12項中除懸浮物、動植物油和色度3個項目之外,其余9項全部包含在《地表水標準》中24項基本控制項目中。在沒有包含的3項中,色度和懸浮物是污水排放應該控制的,不應包含在《地表水標準》中。而動植物油這一指標是基于污水排放特點而設置的,雖然無毒,但在水中會形成油膜,阻隔氧氣傳輸,所以污水排放必須控制。表2為部分一類污染物控制排放濃度。所謂一類污染物,是指危害嚴重的物質,在環境中易造成很大破壞,必須嚴格控制。這一概念由我國環保部于《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)中提出。第一類污染物共13種,包括總汞、烷基汞、總鎘、總鉻、六價鉻、總砷、總鉛、總鎳、苯并(a)芘、總鈹、總銀、總α放射性和總β放射性。在《污水標準》中,表2約束的部分一類污染物共有7項,分別是總汞、總鎘、六價鉻、總砷、總鉛、烷基汞和總鉻,其中前5項都納入了《地表水標準》的基本控制項。烷基汞在《地表水標準》中沒有一一對應地出現,卻對應以甲基汞項目出現在表3集中式生活飲用水地表水源地特定項目中,這是由于污水排放中除了甲基汞,還有其他有機汞化合物,以烷基汞考量更為合適;只有“總鉻”在《地表水標準》中沒有對應。《地表水標準》只將六價鉻列入基本控制項,因為六價鉻是致癌物,三價鉻無毒,自然條件下三價鉻不會被氧化為六價鉻。這一部分的指標分析表明,兩個標準之間總體關聯度較好。

2.選擇控制項的對應

《污水標準》表3選擇控制項目共43項,以有機污染物為主,包含了部分重金屬,其中一類污染物中除了放射性項目,其余各項在表2中沒有包含的一律在表3中體現。對比發現,43項中,總銀、總硝基化合物、有機磷農藥、對硝基氯苯、苯酚、間-甲酚、可吸附有機鹵化物等7項在《地表水標準》中沒有一一對應。在《地表水標準》中,銀這個項目沒有出現是容易理解的,它是一種貴金屬,回收價值很高,工藝處理中總是盡量回收利用;硝基苯、二硝基苯、2,4-二硝基甲苯、2,4,6-三硝基甲苯、硝基氯苯、2,4-二硝基氯苯等6項具體化合物對應了《污水標準》中的“總硝基化合物”;有機磷農藥以更詳細的敵敵畏、敵百蟲、百菌清等分類項目在《地表水標準》表3中出現;表3中還出現了硝基氯苯,包含對、間、鄰硝基等這3種構型,而《污水標準》表3中控制項目僅為對硝基氯苯,是其中的一種構型。可吸附有機鹵化物的情況比較復雜,主要來源于化工、塑料、皮革、造紙、醫療、農藥等行業所排放的廢水,毒性較大,難生物降解。有機鹵化物主要包括三鹵甲烷,即氯仿、溴仿、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、二碘一氯甲烷、一碘二溴甲烷、二碘一溴甲烷等,此外還有鹵代芳香烴、鹵代脂肪烴(有機氯農藥等)。這些有機物中,個別物質在《地表水標準》中是有對應的,比如氯仿、溴仿屬三鹵甲烷,百菌清屬有機氯農藥。不過,作為一個大類,《地表水標準》中并沒有單獨的AOX指標。對比分析這一部分指標,兩個標準之間的關聯度需要進一步增強,尤其是《污水標準》中兩種酚類和可吸附有機鹵化物在《地表水標準》中根本沒有對應。既然人類活動排放出大量AOX,《地表水標準》中沒有這個指標作為對應似有不妥之處。同理,《地表水標準》在表3特定項目中有對五氯酚的控制,五氯酚是一種高效、價廉的廣譜殺蟲劑、防腐劑、除草劑,是氯酚類中毒性較大的,而《污水標準》中暫未將其設定為控制項,這也不得不說是一個缺憾。

通過上文的論述,建議《污水標準》和《地表水標準》中各增加個別控制項的規定,如表1所示,使兩個標準能有更科學的關聯性。

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(二)《地表水標準》中控制項目在《污水標準》中的對應

在《地表水標準》109個控制項目中,表1基本控制項目24項中的水溫、溶解氧、高錳酸鹽指數和氟化物4項、表2共5項中的硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽和鐵這4項在《污水標準》中沒有對應,是《地表水標準》特有的控制項。而《地表水標準》表3集中式生活飲用水地表水源地特定項目標準限值共80項,其中有50項在《污水標準》中是沒有控制項要求的。

(三)小結

由以上的比較可知,兩個標準有比較密切的關系,很多控制項有交集,尤其是《污水標準》中大多數控制項可在《地表水標準》中找到蹤跡。可見,《地表水標準》在某種程度上是《污水標準》的基礎,但兩者畢竟是兩個不同系列的標準。一個是處理后的尾水,絕大多數情況需要進入循環后再被利用;一個是地表水,是可直接與人等生態系統中消費者發生聯系的清潔水,為確保維護人體健康的要求,所控制的項目考慮的范疇就會更寬泛。行業特點不同導致了兩個標準制定的出發點和關注點迥異。兩個標準的關聯性總體較好,尤其是基本控制項目部分,在選擇控制項目部分,關聯性還可進一步提升。

三、 比較研究引發的科學思考

(一)兩個標準中部分指標控制限值的分析討論

通過對比兩個標準所有的指標,發現對于同一指標,規律性的趨勢是《污水標準》控制閾值高于或等同于《地表水標準》控制閾值,這可以理解為污染物進入受納水體后經過系統的稀釋,發揮系統自凈能力而使污染物濃度進一步降低到地表水標準的控制值。表2給出了《污水標準》表3中部分選擇控制的重金屬項目濃度限值與《地表水標準》的比較。

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然而,標準中,總銅和總鋅這兩個控制項目卻出現了相反的情況,即《污水標準》控制閾值低于《地表水標準》控制閾值。如果說在控制工業點源污染的同時,考慮部分農業面源污染無組織排放的話,似乎地表水指標控制濃度高于污水廠排放控制濃度有一定道理和可能,如此解釋總銅和總鋅在兩個標準中的差異趨勢與其他控制項目相反似乎能說得通。但即便如此,分析這些重金屬的來源發現,總銅、總鋅和總錳這3個控制項目主要來源于工業和農業,來源相同,按理,它們在兩個標準中的差異趨勢應該是一致的。可是,總錳卻又出現不同的趨勢,即地表水指標控制濃度大大低于污水廠排放控制濃度,控制濃度差一個數量級。考慮到金屬錳的各種離子價態有色度,總錳控制與色度控制關系密切,地表水中將總錳控制得較嚴格是合理的,而污水排放標準中該值控制過于寬松,在標準修訂中將其控制得更為嚴格非常有必要。

(二) 兩個標準比較研究引發的思考

除了總銅、總鋅和總錳這3個指標在兩個標準中的制訂限值有待商榷之外,分析《地表水標準》中表3控制項目不難發現,有機氯化物種類數量繁多,而不得不承認的是,城市污水在處理工藝中的氯消毒是造成有機氯化合物排放的重要來源之一。污水處理本身的目的是降低和消除污染物、保護環境,如果會造成二次污染,那其工藝設計的科學性和整體思維便有待商榷。國內污水處理廠尾水消毒工藝中,氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒和紫外線消毒應用得較為普遍,其中只有紫外線消毒工藝在減少污染的同時不產生二次污染,是綠色、環保的,它以紫外線照射時破壞生物體內的核酸為機理致死微生物,無殘留。通過紫外線波段調節、燈管合理布設、燈管防結垢考慮、停留時間合理設計等工藝優化,該工藝的效率會大大提升。

在上海,新一輪的污水處理廠提標改造和建設工程正在如火如荼的開展,在其工藝設計中,由于業主和設計單位的理念不同,消毒工藝所采用的方式也不盡相同。如竹園第一、竹園第二污水廠以及新建的虹橋污水處理廠,消毒工藝都采用了以紫外線為主、次氯酸鈉為輔的工藝路線,是比較環保的,然而在石洞口污水廠提標改造和新建泰和污水廠中卻還是沿用次氯酸鈉消毒工藝。因此,這方面的政策和規范引導是相當重要的。

從另一方面來看,多地環保均采用瞬時樣作為執法依據。作為運行管理單位,勢必將出水瞬時100%達標作為處理目標,紫外線+次氯酸鈉的工藝選擇則基于此考慮。如果不考慮瞬時樣達標,運行單位可放心地將紫外線消毒作為首選工藝。探究標準的科學性,像糞大腸菌群這樣的指標是否需要做到100%瞬時達標,是很值得商榷的,畢竟排放的是污水處理尾水,一不直接接觸人體,二不可能直接飲用,這種污染物在自然界中經過自然降解會獲得新的平衡值。此外,比較研究還發現,在《地表水標準》中糞大腸菌群Ⅰ類水為200,Ⅱ類水為2 000,《污水標準》一級A對應該指標數值為1 000,介于Ⅰ類水(源頭水、國家自然保護區)和Ⅱ類水(集中式生活飲用水地表水原地一級保護區)之間,橫向比較揭示其制訂得過于嚴苛是顯而易見的。

四、標準的發展趨勢分析

(一) 各成體系,各自發展

由以上的分析可知,《污水標準》與《地表水標準》兩個標準雖有關聯,但畢竟是兩個不同體系中的兩個不同標準。從標準的科學發展來看,它們將會在各自的體系中不斷發展和修訂,彼此仍應有科學關聯,但也并不存在并軌的可能。所以,有關《污水標準》要提標到《地表水標準》Ⅳ類水或者準Ⅳ類水的表述是欠科學的,只能說如果《污水標準》進一步提高的話,其中的某幾個指標限制濃度與《地表水標準》中相應指標的限制濃度一致或等同。

(二) 國標為基,地標為主

分析《污水標準》的發展趨勢發現,十幾年前,標準制訂思路是限制耗氧污染物濃度,并對一些環境危害極大的一類污染物進行濃度限定。以BOD、COD為代表的有機污染物在降解過程中會消耗大量氧氣,造成受納水體黑臭,是必須要控制的污染物。但是這類有機物畢竟在環境中可以降解,與難以降解、易生物累積的物質毒性不可比。在水動力條件好、環境容量大的受納水體中,這類污染物的控制不必過于嚴苛。以COD為例,二級標準限制濃度為100 mg/L,一級A為50 mg/L,如果能達到一級A處理標準,從比例上看COD已經減半,絕對數量上更是控制了大量耗氧污染物的排放。我國幅員遼闊,各地經濟技術發展水平參差不齊,在現階段進一步提高國標標準,降低傳統有機物控制濃度,能源、材料、財力的消耗所換取的新增環境效益總量是有限的,是否經濟至今未有詳細的環境經濟學分析數據可供參考。因此,建議對此類污染物的控制應該趨緩。比較合理的做法是各地因地制宜,制訂和修訂城鎮污水處理廠污染物排放地方標準。事實上,多地已經出臺了地方標準,對于治理污染、保護水環境起到了很好的作用。

就上海本地的情況來看,80年代建設合流污水一期工程時,世界銀行委托的國際咨詢專家給出的建議是終端污水處理廠采用一級加強排放工藝,當時也是基于大水體的稀釋能力較強、經濟發展水平有限、環境要求還沒有那么高的具體情況而制訂的。隨著經濟和技術的不斷推進,人們對環境訴求的日益提升,上海城鎮污水廠污水排放標準不斷升級,從20世紀80年代一級加強、21世紀初完成二級處理改造、“十三五”期間從一級B到一級A的急速提標,虹橋和泰和污水處理廠高于一級A的標準設計,排水建設被環保的標準催著趕著前行,有些建設項目比較幸運,是在前期研究或設計階段得到了新的標準要求指令,更新設計標準只不過多花費了一些時間而已,而有些項目已經進入到建設階段才知道建成后即面臨新一輪改造,無論從人力、財力還是物力投入上來看都不那么幸運了。如果上海擁有城鎮污水處理廠污染物排放地方標準,排水建設就會逐漸扭轉被動局面。

(三) 加強有機污染物和新興污染物的控制

以上討論的都還是對傳統耗氧有機物的控制,如BOD和COD。立足環境科學的角度,相比一類污染物,環境毒性大、難以降解、出現頻率高、具有生物累積性、三致的污染物毒害更甚,更應該控制。因此,作為國標,在經濟發展、技術進步、環境訴求更高、倡導可持續發展的現階段,《污水標準》的修訂方向應該重點關注中國環境優先污染物黑名單所列14大類化學物質,它們是揮發性鹵代烴類、苯系物、氯代苯類、多氯聯苯、酚類、硝基苯類、苯胺類、多環芳烴類、酞酸酯類、農藥、丙烯腈、亞硝胺類、氰化物、重金屬及其化合物,共68種有毒化學物質。68種上黑名單的化學物質中,多數為有機物,且其中有20多種未列入2002版的《污水標準》中。隨著環境檢測手段的提高,可適時增補進入國標,使國標在指標體系上更加全面。

此外,新興污染物的環境影響也不容忽視,科技儲備工作應該予以加強和重視。目前,關注較多的新興污染物(ECs)包括全氟化合物(PFOS、PFOA)、內分泌干擾物(EDCs)、藥品和個人護理用品(PPCPs)、致癌類多環芳烴(PAHs)、溴化阻燃劑及其他有毒物質等。隨著環境分析水平的提高,這些物質在國內外的城市污水、地表水、飲用水中被頻繁檢出,盡管它們的檢出濃度僅在ng/L~μg/L, 但其化學性質穩定, 且易生物積累,具有潛在的生態和健康威脅性,一些發達國家,如歐盟、美國、澳大利亞、瑞士等,已經率先將一些新興污染物列入部分水環境保護標準中。瑞士在2016版的水保護法案中對污水廠出水排放的ECs做了限定,并要求污水處理廠進行改造,增加高級處理工藝,以伊貝沙坦等12種指示ECs作為評判標準。以此為風向標的新一輪污水處理廠升級改造提示我們在新興污染物的控制方面,科學研究要引起足夠重視和加強,要有一個較長序列、時空分布合理的技術儲備作為標準制訂的堅實科學基礎。

(四)《地表水標準》建議發展為雙值體系標準

對于我國的《地表水標準》,更科學的發展趨勢應該是標準制訂從單值體系跨越到雙值體系,即針對保護水生生物和保護人體健康兩大目標分別設定基準值。美國的《推薦水質基準》(NationalRecommendedWaterQualityCriteria)和日本的《水污染環境質量標準》(EnvironmentalQualityStandardforWaterPollution)均為雙值體系標準,使用已達數十年,其中的經驗教訓可供我們借鑒。對于食物鏈角度而言,雙值體系更為科學。因為人類作為最頂級的消費者,完全有可能消費水生生物,如果水生生物沒有經過嚴格的保護而受污染甚至致畸致突變,人類一經食用,環境危害就會通過食物鏈的累積不斷放大,對人體健康的危害不容置疑。從試驗方法來看,水生生物水質基準制訂方法是根據3門8科水生生物毒性試驗結果,最終通過統計學方法推導出的基準限值;而健康基準則主要是根據哺乳動物毒性試驗結果,結合人體暴露特征定量風險評估結果推導出的基準限值。可見,兩者試驗原理和方法皆不同,沒有實質性的關聯,必須完全獨立進行試驗獲得基準限值。此外,對于地表水中新興污染物的研究和技術儲備也必須緊緊跟上,這是由新興污染物潛在的生態和健康威脅性決定的,前文已有闡述,不再贅述。

五、 結語

《污水標準》和《地表水標準》是分屬兩個不同體系的標準。雖然兩個標準的控制項目產生了不小的交集,但標準制訂的出發點和考慮的著眼點不同,決定了兩個標準存在相當大的差異,并不存在并軌的可能。從兩個標準的比較研究中,發現《地表水標準》在某種程度上是《污水標準》的基礎,兩個標準應在發展中建立更科學的關聯。通過比較和分析,發現兩個標準中總銅、總鋅和總錳這3個控制項目制訂的限制濃度有待商榷。鑒于《地表水標準》中需要控制的有機氯化物種類繁多,推薦污水處理廠尾水消毒優先采用綠色環保的紫外線消毒工藝,以減少有機氯化物在環境中的排放。分析和展望標準的發展趨勢,有機污染物和新興污染物的控制應該是發展方向,對于《污水標準》而言,建議對常規有機污染物的控制趨緩,應更關注中國環境優先污染物黑名單中的污染物控制,國標為基,地標為主,要大力推進和加強地方標準的制(修)訂工作以便因地制宜地治理環境;對于《地表水標準》,建議從單一的保護人體健康的單值體系逐步發展到保護水生生物和保護人體健康的雙值體系。

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