入河排污口設置合理性分析

橙志（上海）環保技術有限公司 韓曉冉

一、引言

隨著城市建設的不斷完善，國家政策的要求與推進，污水納管率攀升，各污水處理廠逐漸滿負荷運行，需考慮擴建以解決新增水量的出路問題。根據《入河排污口監督管理辦法》的相關規定，擬擴建的排污口需進行入河排污口設置論證。

文章以上海市某污水處理廠擴建工程為例，根據《水域納污能力計算規程》，采用河流一維模型進行水質模擬，對排污口設置論證中模型模擬遇到的問題及排污口設置合理性分析關注的因素進行了探討。

二、實例基本情況

（一）污水處理廠情況

某城市工業區擬擴建一座污水處理廠，污水廠現有處理規模為10萬m3/d，擴建后處理總規模為14萬m3/d。設計高峰系數1.50，故高峰過流流量為：140000/24/3600×1.5=2.43m3/s。擴建排污口位置和前期是一樣的，位置不發生變化。本工程項目論證范圍水功能區內無規模化取水口。

項目污水廠設計進出水水質指標見表1。

表1 污水廠設計進出水水質指標 單位：mg/L

（二）排入水體情況

排口納污河道的河道長度19.76km，河口面積0.63km2，底高程-1.0 - -2m，控制河口寬度為26-40m，陸域控制寬度為46-80m，總體河流方向是由南向北，下游主干河道上無取水口。

根據納污河道上四個監測斷面的監測結果，其水質因子大部分均可達到《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中IV類水質標準，存在少數因子超標現象，枯水期集中在總氮、鎘、糞大腸菌群，豐水期除枯水期因子外，超標因子還包括化學需氧量、生化需氧量。地表水總氮、化學需氧量、生化需氧量出現超標現象主要為農業面源污染以及上游水質影響，雨水泵站存在放江情況等原因導致。重金屬因子鎘在對照斷面豐水期和枯水期均存在超標現象，控制斷面和關心斷面僅在枯水期存在超標，在豐水期均未超標，且根據現有工程驗收監測報告，鎘在進、出口均未檢出，企業日常監測數據中鎘均未發生過超標現象，說明不是因為本項目尾水排放造成的納污河道超標現象。

（三）水功能區情況

1.水環境功能區劃要求

根據該城市對納污河流水功能區的區劃結果，排污口所在水功能區執行《地表水環境》（GB3838-2002）中IV類水質標準。

2.水功能區（區域）納污能力及限值排放總量

工程所在區域涉及黃浦江上游準水源保護區和緩沖區，污水廠的提標建設，能提高污水處理能力，進一步減小污水廠尾水對區域河道的污染負荷，從而切實保護黃浦江上游水源。一般來說，不同水質功能分區的交界線（如環境功能區交界線和行政交界線）或者邊界線的數量不多，且往往離排污口很遠，此種情況下容易出現排污口與控制邊界之間的濃度超標，而在控制邊界處達標的情況。因此，為達到較好的水環境管理效果，需要細化以及改善水環境管理方式，即在排污口和控制邊界之間設置稀釋混合區。在稀釋混合區內，允許各類污染物濃度出現超標情況，但在混合區與交界線之間的水域，則必須達到相應的地表水水質管理標準，即位于水質功能區要求低的區域納污能力強。本案例排口位于IV類水環境功能區，且下游均位于IV類及低于IV類，總體對污染物的納污能力較強。

三、計算模型建立

（一）感潮河網水動力模型

水動力模型選取河網一維水動力模型，其控制方程為Saint-Venant方程組:

式中：x-距離坐標,t-時間坐標；A-過水斷面面積；Q-流量；h-水位；q-旁側入流流量；C-謝才系數；R-水力半徑；α-動量校正系數；g-重力加速度。

利用Abbott六點隱式格式對上述控制方程組離散、求解，經堰閘的模擬、河網的概化，建立項目水動力模型。根據模型的率定結果可知，主要河流的水位和流量計算結果與實測值吻合較好，水位平均誤差＜5%，干流流量平均誤差＜15%。水動力模擬結果能夠為水質模型提供較準確的流量條件。

（二）感潮河網水質模型

水質模型選取一維對流擴散方程，其基本假定是：物質在斷面上完全混合；物質守恒或符合一級反應動力學（即線性衰減）；符合Fick擴散定律，即擴散與濃度梯度成正比。一維對流擴散方程寫為:

式中：x-空間坐標（m）；t-時間坐標（s）；C-物質濃度（mg/L）；D-縱向擴散系數（m2/s）；A-橫斷面面積（m2）；q-旁側入流流量（m3/s）；C2-源/匯濃度（mg/L）；K-線性衰減系數（1/d）。

經對流擴散方程的離散和求解、水質過程與對流擴散過程耦合計算、模型河網概化、污染負荷計算建立項目河網水質模型。根據模型的率定結果可知，水質計算結果與實測值吻合較好，平均誤差在20%以內,能滿足工程模擬方案要求。

四、水質模擬

（一）背景濃度的確定

背景濃度參照項目附近斷面2019年水質情況綜合給出，具體為 CODcr：15mg/L，NH3-N：冬季1.2mg/L、夏季0.8mg/L，TP：0.15mg/L，TN：4.5mg/L。

（二）計算工況

根據納污河流的水文條件及污水處理廠的進出水水質標準，按如下工況進行模擬計算（見表2）。

表2 模擬方案出水濃度(mg/L)

（三）區域水質模擬結果與分析

基于模型計算結果，以CODcr為例，其增量濃度空間分布如圖1-圖4。

圖1 方案1CODcr最大濃度增量分布圖

圖2 方案1CODcr平均濃度增量分布圖

圖3 方案2CODcr最大濃度增量分布圖

圖4 方案2CODcr平均濃度增量分布圖

由圖1-圖4可知，冬季方案比夏季方案影響大。冬季納污河道出現約100-200m河段CODcr最大增量濃度超過25mg/L，平均濃度增量超過10mg/L。

基于模型模擬結果，各污染物指標的增量濃度沿程分布結果如下：各方案尾水排放主要對排口上游下游約2km-3km河段增量濃度較高。各方案在該影響較大河段中 CODcr最大增量濃度總體介于11mg/L-26mg/L、平均增量濃度總體介于4mg/L-12mg/L，NH3-N最大增量濃度總體介于0.2mg/L-1.4mg/L、平均增量濃度總體介于0.1mg/L-0.6mg/L，TP最大增量濃度總體介于0.05mg/L-0.11mg/L、平均增量濃度總體介 于 0.015mg/L-0.05mg/L，TN最大增量濃度總體介于3.3mg/L-7.7mg/L、平均增量濃度總體介于1.2mg/L-3.5mg/L。

此外，針對尾水排放對河道超標影響，兩個方案中CODcr、NH3-N最大濃度均會出現超標，冬季NH3-N平均濃度也會出現超標，TP最大濃度、平均濃度均不會出現超標。超標河段長度統計見表3。

表3 納污河流污染物超標河段長度統計表（單位：km）

基于模型計算結果，統計了工程周邊區域4個關心斷面的污染物增量濃度，分析了增量濃度疊加背景濃度是否引起斷面水質超標，詳見圖5-圖7。TN無限值要求，故不對其進行分析。

圖5 關心斷面CODcr疊加背景濃度后濃度統計圖

圖6 關心斷面NH3-N疊加背景濃度后濃度統計圖

圖7 關心斷面TP疊加背景濃度后濃度統計圖

總體上，四個關心斷面中，③斷面影響最大，其次為④，②斷面影響很小，對①斷面幾乎沒有影響。就最大增量濃度而言，疊加背景濃度后，②、④斷面CODcr和NH3-N指標有所超標，①、③斷面不會出現超標，TP指標均不會出現超標；就平均增量濃度而言，疊加背景濃度后，僅③斷面NH3-N水質指標有所超標，其余斷面其余指標均不會超標。

但經過分析，本次擴建排口對局部河道的影響比較大，但不會改變排口所在水功能區，且在IV類水質內完成混合段達標。

五、合理性分析

（一）擴建排口對水域水質影響

各類污染物在河道沿程的濃度增量峰值均出現在排口附近位置，但均不會改變排污口所在水環境功能區，且在IV類水質內完成混合段達標。

（二）擴建排口對第三者影響

工程對水源地取水口、下游水源地均不產生影響，尾水排放對影響范圍水域內水生生態環境不會產生顯著影響，對地下水環境影響輕微。

（三）擴建排口對區域河道防汛和通航影響

排水口工程選址不影響所處航段的航道條件，且與相鄰涉水設置的距離滿足安全要求。

（四）工程技術經濟合理性分析

本次擴建使用原有排污口，不會新增管道長度，僅在排污口處新增箱涵減緩水流，工程技術可行性最高。且不需要對河道進行疏浚工作，經濟角度性價比最高。

六、結論

本文分析了入河排污口設置論證報告中模型預測的常見參數設置，舉工程實例進行了演算評價，并從排污口合理性分析所關心對水域水質影響、對第三者影響、對區域河道防汛和通航影響、工程技術經濟合理性幾個方面進行了實例評價。

注釋

①水域納污能力計算規程（GBT25173-2010）.

②入河排污口監督管理辦法,中華人民共和國水利部令第22號.