河流入河排污口設(shè)置對水功能區(qū)水質(zhì)影響分析

隋海波

（撫順大伙房水庫發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 撫順 113000）

新蒲新區(qū)位于遵義市老城區(qū)東部，緊鄰老城區(qū)，是遵義市城市發(fā)展和對外開放的新高地。但是，新蒲新區(qū)大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)目前排水體制為雨污合流制，集鎮(zhèn)無集中治理設(shè)施。雨水和污水經(jīng)部分排污溝渠和自然排放溝直接排入河道和附近農(nóng)田?，F(xiàn)狀排水系統(tǒng)缺乏規(guī)劃指導(dǎo)，系統(tǒng)性差、部份排水渠道斷面偏小、水流不暢。由于排水體制落后，不利于污水的收集和處理，其現(xiàn)狀已不適應(yīng)城鎮(zhèn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，急待改善。擬建的新舟鎮(zhèn)污水處理廠排污口位于新蒲新區(qū)新舟鎮(zhèn)集鎮(zhèn)，離巴洋河距離約600 m，處理規(guī)模為3000 m3/d，出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級A 標(biāo)準(zhǔn)后排入巴洋河內(nèi)，排污口所在巴洋河為III 類水功能區(qū)。本文在滿足水功能區(qū)保護(hù)要求的前提下，分析入河排污口對水功能區(qū)水質(zhì)的影響。

1 水質(zhì)現(xiàn)狀

新舟鎮(zhèn)污水處理廠污水排放河流為巴洋河，根據(jù)水功能區(qū)劃，水功能區(qū)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中III 類水體標(biāo)準(zhǔn)。為了了解排污河流的水質(zhì)現(xiàn)狀，在排污口上游上游匯口處與下游500 m 個設(shè)置一個監(jiān)測斷面進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測斷面分別為W1、W2。檢測結(jié)果見表1。W1、W2 斷面的懸浮物不能滿足《地表水資源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（SL69-93）中的二級標(biāo)準(zhǔn)，其余監(jiān)測斷面中各監(jiān)測指標(biāo)均滿足《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，說明區(qū)域水質(zhì)現(xiàn)狀較好。

表1 巴洋河地表水水質(zhì)現(xiàn)狀表

根據(jù)制定的水域限制排污總量成果，河段以地表水Ⅲ類水質(zhì)為控制目標(biāo)，污染物指標(biāo)COD、NH3-N 的現(xiàn)狀排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其納污能力，尚有剩余納污能力，表現(xiàn)在河段現(xiàn)狀水質(zhì)上，單項因子COD 常年處于《地表水環(huán)境中標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的Ⅲ類水水平內(nèi)，濃度低于Ⅲ類水的最高限值20 mg/L；單項因子NH3-N常年處于《地表水環(huán)境中標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的Ⅲ類水水平內(nèi)，濃度低于Ⅲ類水的最高限值1 mg/L，水質(zhì)狀況較好。

2 水功能區(qū)水質(zhì)濃度計算

2.1 影響范圍

根據(jù)水功能區(qū)水質(zhì)要求，采用數(shù)學(xué)模型預(yù)測污水排放對流域水質(zhì)的影響，根據(jù)新舟鎮(zhèn)污水處理廠入河排污口排水的主要污染物特征，選取COD、氨氮作為預(yù)測指標(biāo)。排污口初步擬定影響范圍為排污口斷面至巴洋河匯入伏流，河長1.5 km。

2.2 數(shù)學(xué)模型

天然河流的流場計算比較復(fù)雜，選擇適當(dāng)?shù)挠嬎隳Ｐ蛯τ谧罱K結(jié)果特別重要。本次分析將采用一維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，對研究河段內(nèi)的污染物影響范圍進(jìn)行模擬分析。模型方程為[1]：

當(dāng)濃度達(dá)到穩(wěn)態(tài)平衡，不再隨時間變化，即dc/dt=0，可得：

如果不考慮彌散作用，則簡化為[2]：

式中：x 為預(yù)測點離排放口的距離，m；c 為預(yù)測點（x）處污染物的濃度，mg/L；c0為排放口處污水、河水完全混合后的污染物濃度，mg/L，即向混合（彌散）系數(shù)，m2/s；ch為河流中污染物的本底濃度，mg/L；cp為廢污水中污染物的濃度，mg/L；K 為河流中污染物降解速率，1/d；Qh為河流流量，m3/s；Qp為廢污水排放流量，m3/s。

2.3 預(yù)測參數(shù)確定

（1）預(yù)測點離排放口的距離

排污口初步擬定影響范圍為排污口斷面至巴洋河匯入伏流，河長為1.5 km，故預(yù)測點離排放口的距離為1.5 km。

（2）河流縱向混合（彌散）系數(shù)Mx

根據(jù)排污口所在河流實際情況，河流縱向混合（彌散）系數(shù)采用愛爾德（Elder）法求得。愛爾德（Elder）法見下式[3]：

式中：H 為平均水深，1.26 m；I 為水力坡降，5.92‰；g 為重力加速度，取 9.80m/s2；α 為經(jīng)驗系數(shù)，取 5.93。

經(jīng)計算，本次河流縱向混合（彌散）系數(shù)Mx取2.02 m2/s。

（3）湘江大橋過渡區(qū)預(yù)測因子本底值

取巴洋河排污口斷面的監(jiān)測結(jié)果作為本次預(yù)測的本底值，其中 COD：12 mg/L；氨氮：0.186 mg/L。

（4）河流中污染物降解速率K

本次污染物降解速率K 采取《水域納污能力計算規(guī)章》（GB/T25173-2010）中的懷特經(jīng)驗公式進(jìn)行計算[4]，計算公式如下所示：

式中：Q 為河流流量，m2/s，本次取 1.0143 m3/s。

通過計算可知，湘江大橋過渡區(qū)的污染物降解速率K 為10.23。

（5）河流流量、流速

設(shè)計流量取90%最枯月平均流量，為1.0143 m3/s。水流的縱向流速：0.26 m/s。

（6）廢污水中污染物濃度、污水排放流量

經(jīng)處理后的廢污水中COD：60 mg/L；氨氮：8 mg/L。未經(jīng)處理的廢污水中COD：250 mg/L；氨氮：30 mg/L。排入湘江大橋過渡區(qū)廢污水排放流量：0.0347 m3/s。

2.4 預(yù)測內(nèi)容

新蒲新區(qū)新舟鎮(zhèn)污水處理工程排放的尾水為3000 m3/d。根據(jù)污水處理工程進(jìn)出口水量和水質(zhì)情況分析，計算得項目污染物排放情況見表2。

表2 污水排放口尾水排放情況表

2.5 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

評價河段執(zhí)行GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，即COD≤20 mg/L，氨氮≤1 mg/L。

3 結(jié)果分析

3.1 預(yù)測結(jié)果

新蒲新區(qū)新舟鎮(zhèn)污水處理工程入河排污口設(shè)置后，排污對巴洋河的COD、氨氮濃度預(yù)測結(jié)果見表3。

表3 一維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型預(yù)測成果表

圖1 COD 預(yù)測濃度與距離關(guān)系圖

圖2 NH3-N 預(yù)測濃度與距離關(guān)系圖

由表3 知，在正常情況下，近期外排廢水進(jìn)入巴洋河后，從排污口至下游1.5 km 區(qū)間，在P=90%最小月的COD 和氨氮預(yù)測濃度均達(dá)GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。且水質(zhì)濃度變化不大，在匯口處近期COD 濃度由原來的12 mg/L 增加到13.5261 mg/L。氨氮濃度由原來的0.186 mg/L增加到0.4425 mg/L。在非正常排放情況下，近期外排廢水進(jìn)入巴洋河后，從排污口至下游1.5 km 區(qū)間，在P=90%最小月的COD 和氨氮預(yù)測濃度均不能滿足GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 正常排放對巴洋河水質(zhì)的影響分析

新蒲新區(qū)新舟鎮(zhèn)污水處理工程建成運(yùn)行后，區(qū)域的污水必須經(jīng)過生活污水處理廠處理后才能排放，杜絕區(qū)域內(nèi)的污水直接排入巴洋河，新蒲新區(qū)新舟鎮(zhèn)污水處理工程的建設(shè)減輕了污水直接排放對巴洋河的水質(zhì)影響作用。污水處理廠運(yùn)行后，對排入巴洋河COD 削減量為208.05 t/a，NH3-N 削減量為21.9 t/a，污水正常排放情況下，不會改變巴洋河現(xiàn)狀水質(zhì)。

3.3 事故性排放對巴洋河水質(zhì)的影響分析

污水處理廠在運(yùn)行過程中，如果遇到設(shè)備故障或停電等突發(fā)事故，污水未得到處理，直接排入巴洋河，這種集中式排放，對巴洋河的影響較大，但事故性排放必須杜絕，設(shè)備要做到一備一用，供電必須雙線路，保證污水處理廠正常運(yùn)行。在非正常排放情況下，排污量嚴(yán)重影響巴洋河水質(zhì)，必須杜絕污水事故排放。

3.4 對水功能區(qū)納污能力影響分析

新蒲新區(qū)新舟鎮(zhèn)污水處理工程入河排污口設(shè)置后，按已確定的設(shè)計排放規(guī)模項目排入巴洋河的污水量為近期3000 m3/d，根據(jù)出水水質(zhì)濃度，計算得排入巴洋河的COD 排放量為近期65.7 t/a，氨氮排放量為8.76 t/a。由表4 可知，入河排污口設(shè)置后，排放COD 和氨氮的量符合巴洋河水域河段納污能力的要求。

表4 河段的負(fù)荷排放情況表

4 結(jié)論

天然河流的流場計算比較復(fù)雜，選擇適當(dāng)?shù)挠嬎隳Ｐ蛯τ谧罱K結(jié)果特別重要。本次預(yù)測結(jié)果采用的是一維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，該模型能較好的預(yù)測污染物混合后的距離和濃度的關(guān)系。該預(yù)測法在地面水環(huán)境評價時得到廣泛的應(yīng)用。本次預(yù)測方法是在前人廣泛運(yùn)用的基礎(chǔ)上運(yùn)用的，預(yù)測成果較可靠合理。