基于完全混合和S-P模式的地表水环境影响预测与评价

2010-10-20鹿新高鹿新阳庞清江

水科学与工程技术 2010年1期

鹿新高，鹿新阳，庞清江

（1.山东农业大学水利土木工程学院，山东泰安 271018；2.山东威海水利工程集团有限公司，山东威海 264200）

环境影响预测评价（Environmental Impact Assessment），简称“环境影响评价”（EIA），是20世纪末迅速发展起来的一门环境管理技术，是对规划和建设项目实施后可能造成的环境影响进行分析、预测和评估，提出预防或者减轻不良环境影响的对策和措施，进行跟踪监测的方法与制度[1]。地表水环境影响评价则是对某一水域进行环境要素分析，进而再对其做出定量评述的过程[2]。现代工业的发展，带动了我国经济的飞速发展，同时也带来了生态环境的恶化，直接或间接制约着经济的又好又快发展，为协调好这一矛盾，依据现行的环境质量标准，做好水环境影响预测评价就显得尤为重要。

通过水环境影响预测评价，弄清区域水环境变化发展的规律，为区域水环境系统的污染控制规划及制定区域水环境应对方案提供依据，并在此基础上进一步搞好水环境区划、规划等工作。因此，在对区域地表水环境质量现状评价的基础上，以某拟建污水处理厂为例，研究其对区域地表水环境的影响，论证该项目建设的可行性，为经济结构的战略性调整和产业布局优化提供决策性依据。

1 拟建项目概况

拟建该污水处理厂位于泰安市郊区，项目设计建设总处理污水规模为6万t/d，总投资9000万元，采取标准BOT模式，项目占地7.33hm2，周边主要工业废水和生活污水将排入该污水处理厂进行处理。经有效处理后的化纤、造纸、酒精、淀粉等工业废水排放达到《城镇污水处理排放标准》规定的一级A标准，除40%回用外，其余废水直接进入瀛汶河，最后排入大汶河。项目建成运行后，将有效恢复和改善大汶河流域的生态环境。

2 地表水环境质量现状监测与评价

2.1 地表水环境质量现状监测

根据该污水处理厂周围地表水水系特点、厂址所处环境和拟建工程废水外排的情况，在污水处理厂污水排入的瀛汶河上、下游约10km河段内设置4个地表水断面监测点，并确定pH值、CODCr、BOD5、氨氮、总磷、高锰酸盐指数、硫酸盐及挥发酚8项监测项目，于2009年8月28～30日上、下午各监测1次。见表1、表2。

表1 地表水环境现状监测结果

表2 地表水各监测断面污染浓度统计结果单位：mg/L、个/L

根据表2可以看出，在评价的4个监测断面中，A监测断面的CODCr值范围为18.1～37.6mg/L，总平均值为26.7mg/L，最大超标倍数为0.25倍；氨氮监测值范围为0.366～1.730mg/L，均值为0.996mg/L，最大超标倍数0.15；C监测断面的CODCr值范围为15.2～30.3mg/L，均值为19.7mg/L，最大超标倍数为0.01倍；氨氮监测值范围为0.368～1.517mg/L，均值为0.401mg/L，最大超标倍数0.011；其余监测项目均达到GB3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类标准，现状水质较好，对区域水环境影响较小。根据现场调查和当地环保局统计资料分析，这两个指标超标的主要原因是瀛汶河上游的生活污水无规则排入，在枯水期造成地表水污染所致。

2.2 地表水环境质量现状评价

由于本项目废水水质简单，排入小型河流的污染负荷较轻，确定地表水环境影响评价等级为二级[4]。

采用单因子指数评价法[5]和GB3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类标准对水质进行评价，其公式：

式中 Pi为第i种污染物的单因子指数（pH除外）；Ci为i污染物的加权平均浓度（mg/L）；Si为i污染物评价标准（mg/L）。

对于pH，其标准指数[5]按下式计算。

式中 PpH为pH的标准指数；pHCi为pH的现状加权评价监测结果；pHsd为pH采用标准的下限值；pHsu为pH采用标准的上限值。

2.2.2 评价结果

评价结果见表3。

表3 地表水各监测断面单因子质量现状评价结果表

由表3可知，除挥发酚未检出外，pH值、CODCr、BOD5、氨氮、总磷高锰酸盐指数及硫酸盐在各断面指数均小于1，说明该排污口在瀛汶河上、下游10km河段内的现状水质较好。

（2）价格稳定带。政府为了保证肉类、奶类等农作物产品的价格能够维持在一个相对稳定的区间内，在不影响市场自由贸易的前提下，由政府对相关产品进行买进和卖出，从而达到价格控制的作用。

3 地表水环境影响预测及计算

环境影响的预测与评价是在工程分析、地表水环境质量现状的调查和评价的基础上，有选择有重点地对某些影响地表水环境质量的因素作深入研究，对某些主要影响因子的变化和环境功能变化作定量或半定量预测计算，并对影响变化的程度和可能造成的环境后果作出评价的过程。

3.1 预测范围

本项目属于污水治理项目，项目建成后消减了区域内污水进入瀛汶河的污染物总量，因此本次预测评价主要评价污水处理厂正常及非正常排水情况下对排污口上、下游10km范围内水质的影响情况。

3.2 选取预测因子

预测因子的选择应根据地表水环境质量现状，选取对于评价区域污染物质量浓度已经超标的物质的评价因子作为预测因子[6]。据表2的地表水环境质量现状评价结果可知，影响该区域地表水水质的主要评价因子为COD、氨氮。因此，根据HJ/T2.3—93《环境影响评价技术导则地面水环境》的要求和拟建工程排放废水中污染物的特征和纳污水体的环境质量，选择COD、氨氮作为地表水预测因子。

3.3 预测模式

式中 c为污染物断面平均浓度（mg/L）；Qp为废水排放量（m3/s）；cp为污染物排放浓度（mg/L）；Qh为河流流量（m3/s）；ch为河流现状污染物浓度（指未混合前）（mg/L）。

一维稳态S-P混合衰减模式：

根据HJ/T2.3—93《环境影响评价技术导则地面水环境》的要求及预测因子在水环境中的降解难易程度，预测因子按非持久性污染物考虑，采用如下预测模式。

完全混合模式：

式中 K1为衰减系数（d-1）；u为河水平均流速（m/s）；x为上下游两侧点之间的距离（m）；c上为上游测点的污染物浓度（mg/L）；c下为下游测点的污染物浓度（mg/L）。

河流的衰减系数受河床、水流和污染状况的影响，不同季节、温度条件下的衰减系数也不尽相同。郭儒等[7]研究得出，我国河流COD的衰减系数一般在0.009～0.47d-1之间，氨氮的衰减系数为0.105～0.35d-1。根据瀛汶河水体水质特征并参考其他河流资料，本次预测瀛汶河CODCr的KCODCr为0.2d-1；氨氮的K氨氮为0.15d-1。

式中 c为预测断面浓度（mg/L）；co为计算初始点断面污染物平均浓度（mg/L），可由完全混合模式公式（3）计算得出；K1为衰减系数（d-1）；x为衰减距离，计算点离排放口的距离（m）；u为河水平均流速（m/s）。

一维稳态混合段衰减系数计算公式：

3.4 预测源强

污染物源强的确定[8]是地表水环境影响质量评价分析的关键，直接关系预测结果的真实程度。根据该污水处理厂特点及周围地表水环境情况可知，拟建工程建成投产后废水主要有以下情况。

3.4.1 正常运营情况下拟建工程外排废水水质

生产过程中废水处理系统运转正常，日排水量3.6万m3，出水的CODCr排放浓度为50mg/L，氨氮排放浓度5mg/L。

3.4.2 非正常运营情况下拟建工程外排废水水质

若污水处理设备或工艺出现问题，生产过程中产生的废水经过预处理后直接排放，系统对CODCr和氨氮基本没有处理效果，则日排水量6万m3，出水的CODCr排放浓度约500mg/L，氨氮排放浓度15mg/L。

3.5 预测结果

本项目为城市污水处理工程，项目建成投入运营以后该地区的生活污水和工业废水将通过污水管网汇流至污水处理厂，之后排入瀛汶河，排污口设在瀛汶河岸边。在污水处理厂的排污口下游设B、C2个监测点，对正常运营和非正常运营情况下外排废水水质的预测结果分别予以计算。其中，混合模式中河流现状污染物浓度、流量、流速等参数采用现状监测点的现状监测数据。

3.5.1 正常情况下拟建工程外排水对地表水质量影响预测

根据表1中地表水环境现状监测的结果，并结合公式（3）、（4）得出正常情况下拟建工程废水排放对地表水影响预测结果，详见表4。

表4 正常情况下拟建工程废水排放对地表水影响预测结果

由表4可见，拟建工程正常运营情况下外排水对瀛汶河B、C断面水质会产生一定污染影响，但地表水仍然能够达到水质标准要求。污水处理厂正常运营期间对地表水CODCr、氨氮的贡献值较高，因为它是主要向瀛汶河排水的污染源，污染物总排放量较大，但在现有基础上对污染物进行预测结果表明，在污水处理厂正常运营情况下，在B、C断面水质能够达到地表水Ⅳ类标准，符合环保预期要求，因此本项目建成后，周边地区的废水进入污水处理厂集中处理，可以促进瀛汶河水质的改善。

3.5.2 非正常情况下拟建工程外排废水对地表水预测影响

表5 非正常情况下拟建工程废水排放对地表水影响预测结果

由表5可见，拟建工程在非正常运营情况下外排水将严重污染瀛汶河水质，COD浓度在B、C断面分别上升了173.26mg/L和162.21mg/L，都未达标；氨氮浓度在B、C断面分别上升了5.286mg/L和4.952mg/L，也未达标。因此，应严格加强污水处理厂的管理和监督机制，确保污水处理设施正常运转，如发现生物未驯化成功或活性污泥失去其活性氧化功能或其他的情况，应立即采取有效措施，尽量杜绝非正常情况的发生。