入河排污口对水功能区水质影响分析

佟陆萍

(辽宁省葠窝水库管理局有限责任公司，辽宁 辽阳 111000)

新蒲经济开发区位于新蒲新区虾子镇北部，遵义市中心城区东部方向，由于现有自然排水无法保证开发区的建设，必须建设科学合理的区域排水体系，避免对河流水系的污染。开发区的水污染处理体系尚未建成，距离最近的虾子镇污水处理厂规模较小、距离较远，难以利用。为此亟需建设新的污水处理厂解决污水直排的问题。拟建的官仓污水处理厂排污口位于新蒲经济开发区，距离湘江大桥过渡区约150m，近期进水以生活污水为主，日处理规模2万m3/d，污水经过处理达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准后排入湘江大桥过渡区，排污口所在湘江大桥过渡区为Ⅲ类水体。

本文在满足水功能区保护要求的前提下，分析入河排污口对水功能区水质的影响，为各级水行政主管部门审批入河排污口以及建设单位合理设置入河排污口提供科学依据。

1 水质现状

官仓污水处理厂污水排放河流为湘江，所在湘江大桥过渡区的现状服务功能为农灌，水功能区执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水体标准。为了解排污河流的水质现状，在排污口上游200m与下游500m个设置监测断面进行监测，监测断面分别为W1、W2。W2断面的悬浮物不能满足GB 3838—2002中的2级标准，其余监测断面中各监测指标均满足GB 3838—2002中Ⅲ类水质标准的要求，说明区域水质现状较好。水质现状情况见表1。

根据制定的水域限制排污总量成果，水域限制排污总量COD为649.57t/a，氨氮为49.48t/a。河段以地表水Ⅲ类水质为控制目标，污染物指标COD、NH3-N的现状排放量远远小于其纳污能力，尚有剩余纳污能力，表现在河段现状水质上，单项因子COD常年处于GB 3838—2002中的Ⅲ类水水平内，浓度低于Ⅲ类水的最高限值20mg/L；单项因子NH3-N常年处于GB 3838—2002中的Ⅲ类水水平内，浓度低于Ⅲ类水的最高限值1mg/L，水质状况较好。

2 水功能区水质浓度计算

2.1 影响范围

根据水功能区水质要求，采用数学模型预测污水排放对流域水质的影响，根据官仓污水处理厂入河排污口排水的主要污染物特征，选取COD、氨氮作为预测指标。排污口初步拟定影响范围为排污口断面至下游汇入伏流河处，河长1.5km。

2.2 数学模型

天然河流的流场计算较复杂，选择适当的计算模型对于最终结果特别重要[1- 3]。本次分析采用一维水质数学模型，对研究河段内的污染物影响范围进行模拟分析。模型方程为[4- 6]：

表1 湘江大桥过渡区地表水水质现状

(1)

当浓度达到稳态平衡，不再随时间变化，即dc/dt=0，可得：

(2)

如果不考虑弥散作用，则简化为：

(3)

2.3 预测参数确定

2.3.1 预测点与排放口的距离

排污口初步拟定影响范围为排污口断面至湘江大桥过渡区汇入伏流河处，河长1.5km，故预测点离排放口的距离为1.5km。

2.3.2河流纵向混合(弥散)系数Mx

根据排污口所在河流实际情况，河流纵向混合(弥散)系数采用爱尔德(Elder)法求得[7]。爱尔德(Elder)法见下式[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—经验系数，取5.93。

经计算，本次河流纵向混合(弥散)系数Mx￣取4.6608m2/s。

2.3.3 湘江大桥过渡区预测因子本底值

取湘江大桥过渡区排污口断面的监测结果作为本次预测的本底值，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《水域纳污能力计算规章》中的怀特经验公式进行计算，计算公式如下[9- 10]：

K=10.3Q-0.49

(5)

式中，Q—河流流量，m2/s，本次取1.485m3/s。

通过计算可知，湘江大桥过渡区的污染物降解速率K为8.49。

2.3.5 河流流量、流速

设计流量取90%最枯月平均流量，为1.485m3/s。水流的纵向流速为0.25m/s。

2.3.6 废污水中污染物浓度、污水排放流量

经处理后的废污水中COD为50mg/L、氨氮为5mg/L。未经处理的废污水中COD为350mg/L、氨氮为30mg/L。排入湘江大桥过渡区废污水排放流量Qp为0.2315m3/s。

2.4 预测内容

官仓污水处理厂排放的尾水为20000m3/d。根据污水处理进出口水量和水质情况分析，计算得污染物排放情况见表2。

表2 污水排放口尾水排放情况表

2.5 执行标准

评价河段执行GB 3838—2002中规定的Ⅲ类水标准，即COD≤20mg/L，氨氮≤1mg/L

3 结果分析

3.1 预测结果

新蒲经济开发区官仓污水处理厂入河排污口设置后，排污对湘江大桥过渡区的COD、氨氮浓度预测结果见表3,如图1—2所示。

表3 一维水质数学模型预测成果表

图1 COD预测浓度与距离关系图

图2 NH3-N预测浓度与距离关系图

由表3知，在正常情况下，近期2020年项目外排废水进入湘江大桥过渡区后，从排污口至下游1.5km区间，在P=90%最小月的COD和氨氮预测浓度均达GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准。且水质浓度变化不大，在汇口处近期COD浓度由原来的8mg/L增加到13.611mg/L。氨氮浓度由原来的0.086mg/L增加到0.7458mg/L。

在事故排放(非正常排放)情况下，近期项目外排废水进入湘江大桥过渡区后，从排污口至下游1.5km区间，在P=90%最小月的COD和氨氮预测浓度均不能满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准。

3.2 正常排放对湘江大桥过渡区水质的影响分析

新蒲经济开发区官仓污水处理厂工程建成运行后，区域的污水必须经过生活污水处理厂处理后才能排放，杜绝区域内的污水直接排入湘江大桥过渡区，新蒲经济开发区官仓污水处理厂工程的建设减轻了污水直接排放对湘江大桥过渡区的水质影响作用。污水处理厂运行后，对排入湘江大桥过渡区近期COD削减量为2190t/a，NH3-N削减量为182.5t/a，且污水正常排放情况下，不会改变湘江大桥过渡区现状水质。

3.3 事故性排放对湘江大桥过渡区水质的影响分析

污水处理厂在运行过程中，如果遇到设备故障或停电等突发事故，污水未得到处理，直接排入湘江大桥过渡区，这种集中式排放，对湘江大桥过渡区的影响不大，但本评价故事故性排放必须杜绝，项目的设备要做到一备一用，供电必须双线路，保证污水处理厂正常运行。在非正常排放情况下，项目的排污量严重影响湘江大桥过渡区水质，因此必须杜绝污水事故排放。

3.4 对水功能区纳污能力影响分析

官仓污水处理厂工程入河排污口设置后，按已确定的设计排放规模项目排入湘江大桥过渡区的污水量为近期2020年20000m3/d，根据出水水质浓度，计算得排入湘江大桥过渡区的COD排放量为近期365t/a，氨氮排放量为36.5t/a。由表4可知，入河排污口设置后排放COD和氨氮的量符合河段纳污能力的要求。

表4 河段的负荷排放情况表

4 结语

通过官仓污水处理厂入河排污口对水功能区水质影响分析，预测计算的水质影响范围与实际基本符合，说明本次选择的一维水质模型是合理可行的，该模型能较好的预测污染物混合后的距离和浓度的关系，可为入河排污口设置对河流水质影响程度与范围、纳污能力影响等提供参考与借鉴。但在运行中，还需要对入河排污口排水进行定期与不定期监测，加强排污监测监督体系，尤其是发生非正常排放情况时，高浓度的污水将有可能排入水体，对水环境产生严重影响，应建立水质安全保障应急预案，以保障污水在进入湘江大桥过渡区之前进行有效控制。