入河排污口對水功能區(qū)水質影響分析

佟陸萍

(遼寧省葠窩水庫管理局有限責任公司，遼寧 遼陽 111000)

新蒲經(jīng)濟開發(fā)區(qū)位于新蒲新區(qū)蝦子鎮(zhèn)北部，遵義市中心城區(qū)東部方向，由于現(xiàn)有自然排水無法保證開發(fā)區(qū)的建設，必須建設科學合理的區(qū)域排水體系，避免對河流水系的污染。開發(fā)區(qū)的水污染處理體系尚未建成，距離最近的蝦子鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模較小、距離較遠，難以利用。為此亟需建設新的污水處理廠解決污水直排的問題。擬建的官倉污水處理廠排污口位于新蒲經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，距離湘江大橋過渡區(qū)約150m，近期進水以生活污水為主，日處理規(guī)模2萬m3/d，污水經(jīng)過處理達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中一級A標準后排入湘江大橋過渡區(qū)，排污口所在湘江大橋過渡區(qū)為Ⅲ類水體。

本文在滿足水功能區(qū)保護要求的前提下，分析入河排污口對水功能區(qū)水質的影響，為各級水行政主管部門審批入河排污口以及建設單位合理設置入河排污口提供科學依據(jù)。

1 水質現(xiàn)狀

官倉污水處理廠污水排放河流為湘江，所在湘江大橋過渡區(qū)的現(xiàn)狀服務功能為農(nóng)灌，水功能區(qū)執(zhí)行GB 3838—2002《地表水環(huán)境質量標準》中Ⅲ類水體標準。為了解排污河流的水質現(xiàn)狀，在排污口上游200m與下游500m個設置監(jiān)測斷面進行監(jiān)測，監(jiān)測斷面分別為W1、W2。W2斷面的懸浮物不能滿足GB 3838—2002中的2級標準，其余監(jiān)測斷面中各監(jiān)測指標均滿足GB 3838—2002中Ⅲ類水質標準的要求，說明區(qū)域水質現(xiàn)狀較好。水質現(xiàn)狀情況見表1。

根據(jù)制定的水域限制排污總量成果，水域限制排污總量COD為649.57t/a，氨氮為49.48t/a。河段以地表水Ⅲ類水質為控制目標，污染物指標COD、NH3-N的現(xiàn)狀排放量遠遠小于其納污能力，尚有剩余納污能力，表現(xiàn)在河段現(xiàn)狀水質上，單項因子COD常年處于GB 3838—2002中的Ⅲ類水水平內，濃度低于Ⅲ類水的最高限值20mg/L；單項因子NH3-N常年處于GB 3838—2002中的Ⅲ類水水平內，濃度低于Ⅲ類水的最高限值1mg/L，水質狀況較好。

2 水功能區(qū)水質濃度計算

2.1 影響范圍

根據(jù)水功能區(qū)水質要求，采用數(shù)學模型預測污水排放對流域水質的影響，根據(jù)官倉污水處理廠入河排污口排水的主要污染物特征，選取COD、氨氮作為預測指標。排污口初步擬定影響范圍為排污口斷面至下游匯入伏流河處，河長1.5km。

2.2 數(shù)學模型

天然河流的流場計算較復雜，選擇適當?shù)挠嬎隳Ｐ蛯τ谧罱K結果特別重要[1- 3]。本次分析采用一維水質數(shù)學模型，對研究河段內的污染物影響范圍進行模擬分析。模型方程為[4- 6]：

表1 湘江大橋過渡區(qū)地表水水質現(xiàn)狀

(1)

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

(2)

如果不考慮彌散作用，則簡化為：

(3)

2.3 預測參數(shù)確定

2.3.1 預測點與排放口的距離

排污口初步擬定影響范圍為排污口斷面至湘江大橋過渡區(qū)匯入伏流河處，河長1.5km，故預測點離排放口的距離為1.5km。

2.3.2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[7]。愛爾德(Elder)法見下式[8]：

Mx=αH(gHI)1/2

(4)

式中,H—平均水深，2.2m；I—水力坡降，5.92‰；g—重力加速度，取9.80m/s2；α—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4.6608m2/s。

2.3.3 湘江大橋過渡區(qū)預測因子本底值

取湘江大橋過渡區(qū)排污口斷面的監(jiān)測結果作為本次預測的本底值，COD取8mg/L；氨氮取0.086mg/L。

2.3.4 河流中污染物降解速率K

本次污染物降解速率K采取GB/T 25173—2010《水域納污能力計算規(guī)章》中的懷特經(jīng)驗公式進行計算，計算公式如下[9- 10]：

K=10.3Q-0.49

(5)

式中，Q—河流流量，m2/s，本次取1.485m3/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8.49。

2.3.5 河流流量、流速

設計流量取90%最枯月平均流量，為1.485m3/s。水流的縱向流速為0.25m/s。

2.3.6 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為50mg/L、氨氮為5mg/L。未經(jīng)處理的廢污水中COD為350mg/L、氨氮為30mg/L。排入湘江大橋過渡區(qū)廢污水排放流量Qp為0.2315m3/s。

2.4 預測內容

官倉污水處理廠排放的尾水為20000m3/d。根據(jù)污水處理進出口水量和水質情況分析，計算得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)行標準

評價河段執(zhí)行GB 3838—2002中規(guī)定的Ⅲ類水標準，即COD≤20mg/L，氨氮≤1mg/L

3 結果分析

3.1 預測結果

新蒲經(jīng)濟開發(fā)區(qū)官倉污水處理廠入河排污口設置后，排污對湘江大橋過渡區(qū)的COD、氨氮濃度預測結果見表3,如圖1—2所示。

表3 一維水質數(shù)學模型預測成果表

圖1 COD預測濃度與距離關系圖

圖2 NH3-N預測濃度與距離關系圖

由表3知，在正常情況下，近期2020年項目外排廢水進入湘江大橋過渡區(qū)后，從排污口至下游1.5km區(qū)間，在P=90%最小月的COD和氨氮預測濃度均達GB 3838—2002《地表水環(huán)境質量標準》Ⅲ類水質標準。且水質濃度變化不大，在匯口處近期COD濃度由原來的8mg/L增加到13.611mg/L。氨氮濃度由原來的0.086mg/L增加到0.7458mg/L。

在事故排放(非正常排放)情況下，近期項目外排廢水進入湘江大橋過渡區(qū)后，從排污口至下游1.5km區(qū)間，在P=90%最小月的COD和氨氮預測濃度均不能滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質量標準》Ⅲ類水質標準。

3.2 正常排放對湘江大橋過渡區(qū)水質的影響分析

新蒲經(jīng)濟開發(fā)區(qū)官倉污水處理廠工程建成運行后，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)域內的污水直接排入湘江大橋過渡區(qū)，新蒲經(jīng)濟開發(fā)區(qū)官倉污水處理廠工程的建設減輕了污水直接排放對湘江大橋過渡區(qū)的水質影響作用。污水處理廠運行后，對排入湘江大橋過渡區(qū)近期COD削減量為2190t/a，NH3-N削減量為182.5t/a，且污水正常排放情況下，不會改變湘江大橋過渡區(qū)現(xiàn)狀水質。

3.3 事故性排放對湘江大橋過渡區(qū)水質的影響分析

污水處理廠在運行過程中，如果遇到設備故障或停電等突發(fā)事故，污水未得到處理，直接排入湘江大橋過渡區(qū)，這種集中式排放，對湘江大橋過渡區(qū)的影響不大，但本評價故事故性排放必須杜絕，項目的設備要做到一備一用，供電必須雙線路，保證污水處理廠正常運行。在非正常排放情況下，項目的排污量嚴重影響湘江大橋過渡區(qū)水質，因此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

官倉污水處理廠工程入河排污口設置后，按已確定的設計排放規(guī)模項目排入湘江大橋過渡區(qū)的污水量為近期2020年20000m3/d，根據(jù)出水水質濃度，計算得排入湘江大橋過渡區(qū)的COD排放量為近期365t/a，氨氮排放量為36.5t/a。由表4可知，入河排污口設置后排放COD和氨氮的量符合河段納污能力的要求。

表4 河段的負荷排放情況表

4 結語

通過官倉污水處理廠入河排污口對水功能區(qū)水質影響分析，預測計算的水質影響范圍與實際基本符合，說明本次選擇的一維水質模型是合理可行的，該模型能較好的預測污染物混合后的距離和濃度的關系，可為入河排污口設置對河流水質影響程度與范圍、納污能力影響等提供參考與借鑒。但在運行中，還需要對入河排污口排水進行定期與不定期監(jiān)測，加強排污監(jiān)測監(jiān)督體系，尤其是發(fā)生非正常排放情況時，高濃度的污水將有可能排入水體，對水環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響，應建立水質安全保障應急預案，以保障污水在進入湘江大橋過渡區(qū)之前進行有效控制。