安陽河入河排污口設置對水功能區水質影響分析

趙嵩林

（河南省安陽水文水資源勘測局，河南安陽455000）

安陽河入河排污口設置對水功能區水質影響分析

趙嵩林

（河南省安陽水文水資源勘測局，河南安陽455000）

以洹北污水處理廠為例，通過對入河污染物量進行分析得出主要污染物排放量，采用河流完全混合模式方法計算、預測該項目排水對水體水質的影響，采用水質模型對污水排放對水功能區水質影響范圍（長度）進行預測，根據該河段水功能區納污能力和實際入河污染物量進行比較，以判斷該入河排污口設置是否合理。

入河排污口設置；水功能區；水質影響

1 引言

通過分析安陽市洹北污水處理廠入河排污口有關信息，論證入河排污口的設置對水功能區水質的影響，根據納污能力、排污總量控制、水生態保護等要求，提出水資源保護措施，優化入河排污口設置方案，以保障安陽市生活、生產、生態用水安全。

2 項目概況

安陽市洹北污水處理廠建設地點位于安陽市安陽河以北、光明路以東、同興路以北、京珠高速公路以西；近期建設污水處理規模為5萬t/d，遠期建設規模為10萬t/d；污水處理采用改良型A2/O工藝，工程占地規模58 300 m2；出水標準執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中規定的一級A標準，退水去向為安陽河。

3 入河排污口

該廠入河排污口位于安陽市京珠高速公路橋下游0.365 km處，地理位置為東經114.4093°、北緯36.1294°，管底高程66.95 m。

該廠屬于混合式連續型入河排污口，采用管道方式排放，排水主要是經該廠處理過的生產和生活污水。

4 排入水體概況

安陽河發源于林州市黃花寺，自西向東穿安陽市區而過，在內黃縣李大晁入衛河，全長164 km，流域面積1 920 km2。安陽市區段河長26.8 km，據安陽水文站長期觀測資料統計，最大流量2 060 m3/s（1982年8月2日），最小流量0.29 m3/s（1982年7月8日），多年平均流量10.73 m3/s。

依據《河南省水功能區劃報告》（2003年），“安陽河北士旺公路橋至曹馬橋上”一級區劃屬于安陽河安陽市開發利用區，二級區劃為安陽河安陽市排污控制區，規劃水質目標為Ⅳ類；“安陽河曹馬橋上至入衛河口”一級區劃屬于安陽河安陽市開發利用區，二級區劃為安陽河安陽市農業用水區，規劃水質目標為Ⅳ類。

綜合分析近3 a來水質監測資料，2012—2014年安陽河市區段水質類別為Ⅴ類及劣Ⅴ類，排名前三位的主要超標項目是氨氮、氟化物、化學需氧量。

5 對水功能區水質影響分析

5.1 廢污水主要來源分析

廢污水主要來源于廠內少量生活污水，構筑物及設備清洗水，深度處理產生的沉淀池排溺水，濾池沖洗水污泥脫水間產生的壓濾廢水、沖洗廢水和澄清廢水等。這部分廢水可通過廠內污水管道進入污水處理設施，隨工程廢水處理達標后排放。

5.2 入河污染物量分析

該廠采用改良型A2/O法二級生物處理工藝，對接納的廢污水進行處理。設計出水水質為：化學需氧量小于50 mg/L，五日生化需氧量小于10 mg/L，懸浮物小于10 mg/L，總氮小于15 mg/L，氨氮小于5 mg/L（水溫小于12℃時控制指標為8 mg/L），總磷小于0.5 mg/L。

根據安陽市環境科學研究所完成的《安陽市洹北污水處理廠工程（建設項目環境影響報告表）》，該廠所排廢污水出水標準執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中規定的一級A標準，該河段區域現狀水質為Ⅴ類。該廠外排水量為5萬t/d（即0.58 m3/s），相對于安陽河按75%保證率下設計水文條件（設計流量為1.64 m3/s），流量較小。

根據污廢水流量及出水水質污染物濃度，按以下原則計算入河污染物量。單個入河排污口每年入河排污量，按照日入河排污量乘以年入河排污天數計算。

廢污水年排放量按下式計算：

式中：Qa為廢水年排放量（t）；Qd為每日入河污水量（t）；T為廢水1 a的排放天數（d）。

污染物年排放量按下式計算：

式中：Gn為廢水中某污染物年排放量（t）；Gi為廢水中某污染物日排放量（t）；T為廢水中某污染物1 a的排放天數（d）。

混合及生活污水的入河排污口污水排放天數一般按每年365 d計算，工業入河排污口污水排放天數按每年調查排放天數計算，一般行業污水排放天數按每年330 d計算，特殊行業按實際調查結果計算。經計算，該廠實際污染物排放總量見表1。

表1 近期主要污染物排放量

5.3 對水質影響預測分析

5.3.1 采用河流完全混合模式方法計算

該方法適用于污染物均勻混合的小型河段。河段的污染物濃度按下式計算：

式中：C為污染物濃度（mg/L）；Cp為排放的廢污水中污染物濃度（mg/L）；C0為初始斷面的污染物濃度（mg/L）；Qp為廢污水排放流量（m3/s）；Q為初始斷面的入流流量（m3/s）。

（1）設計水質目標條件下。①按75%保證率最枯月平均流量：根據河流背景斷面和入河排污口水質設計結果，以COD、氨氮作為預測因子，采用河流完全混合模式預測排污口正常排水量下河流水質。經計算，當污染物在斷面均勻混合后，水體中COD略有上升，含量為27.8 mg/L，小于標準限值30 mg/L，仍為Ⅳ類；氨氮上升幅度較大，為Ⅴ類。具體情況，見表2。②按90%保證率最枯月平均流量：根據河流背景斷面和入河排污口水質設計結果，以COD、氨氮作為預測因子，采用河流完全混合模式預測排污口正常排水量下河流水質。經計算，當污染物在斷面均勻混合后，水體中COD略有上升，含量為29.5 mg/L，小于標準限值30 mg/L，仍為Ⅳ類；氨氮上升幅度較大，為Ⅴ類。具體情況，見表3。

表2 設計條件下按75%保證率采用完全混合模式預測該項目排水對水體水質的影響分析結果

表3 設計條件下按90%保證率采用完全混合模式預測該項目排水對水體水質的影響分析結果

（2）現狀水質條件下。①按75%保證率最枯月平均流量：根據安陽水文站和入河排污口水質設計結果，以COD、氨氮作為預測因子，采用河流完全混合模式預測排污口正常排水量下河流水質，當污染物在斷面均勻混合后，水體中COD略有上升，含量為39.1 mg/L，混合后仍為Ⅴ類；氨氮含量為2.54 mg/L，上升幅度較大，混合后為Ⅴ類。具體情況，見表4。②按90%保證率最枯月平均流量：根據安陽水文站和入河排污口水質設計結果，以COD、氨氮作為預測因子，采用河流完全混合模式預測排污口正常排水量下河流水質，當污染物在斷面均勻混合后，水體中COD略有上升，含量為39.9 mg/L，混合后仍為Ⅴ類；氨氮含量為2.71 mg/L，上升幅度較大，混合后為Ⅴ類。具體情況，見表5。

表4 現狀條件下按75%保證率采用完全混合模式預測該項目排水對水體水質的影響分析結果

表5 現狀條件下按90%保證率采用完全混合模式預測該項目排水對水體水質的影響分析結果

通過設計條件下在75%和90%保證率最枯月平均流量的預測結果的對比分析，污水處理廠建成后，雖然水體中COD略有上升，但含量小于標準限值30 mg/L，仍為Ⅳ類，達到了水質目標值；氨氮雖然為Ⅴ類，未達到水質目標值，但依舊達到了對污染物消減的目的。

5.3.2 污水排放對水功能區水質影響預測

（1）計算模型。采用一維水質模型，污染物沿程濃度計算公式為：

式中：Cx為流經x距離后的污染物濃度（mg/L）；x為沿河段的縱向距離（m）；u為設計條件下河段平均流速（m/s）；C0為起始斷面污染物濃度（mg/L）；k為污染物綜合衰減系數（1/d）。

（2）參數確定。①采用安陽水文站設計流量結果[詳見《安陽河、洪河、茶點河（市區段）納污能力計算報告》（2012）]，過水斷面采用《安陽市城市防洪排澇規劃》（2011—2020年）河道設計方案參數。滿足75%保證率最枯月平均流量為1.64 m3/s，計算過水斷面面積可得斷面平均流速為0.035 m/s；滿足90%保證率最枯月平均流量為1.26 m3/s，計算過水斷面面積可得斷面平均流速為0.026 m/s。②C0為起始斷面污染物濃度（mg/L），采用河流完全混合模式方法計算，COD設計條件下按75%、90%保證率不超標，故不再計算，只計算現狀條件下按75%、90%保證率的結果，COD值分別為39.1、39.9 mg/L；氨氮設計條件下按75%、90%保證率的值分別為2.05、2.26 mg/L，現狀條件下按75%、90%保證率的值分別為2.54、2.71 mg/L。③污染物綜合衰減系數k值按《河南省重要河湖水功能區納污能力核定和分階段限制排污總量控制方案實施細則》（河南省水文水資源局，2012年）要求采用《淮河流域及山東半島水資源保護規劃》分析成果。COD綜合衰減系數計算公式為：

氨氮綜合衰減系數計算公式為：

式中：u為計算單元設計流速（m/s）。

經計算，可得滿足75%保證率條件下COD綜合衰減系數為0.074（1/d），氨氮綜合衰減系數為0.080（1/d）；滿足90%保證率條件下化學需氧量綜合衰減系數為0.068（1/d），氨氮綜合衰減系數為0.075（1/d）。

（3）計算結果。①滿足75%保證率條件：完全混合后現狀條件下污染物COD值為39.1 mg/L，至下游10.82km處為30.0mg/L；完全混合后設計條件下污染物氨氮值為2.05 mg/L，至下游11.80 km處為1.5 mg/L；完全混合后現狀條件下污染物氨氮值為2.54 mg/L，至下游19.9 km處為1.5 mg/L。②滿足90%保證率條件：完全混合后現狀條件下污染物COD值為39.9 mg/L，至下游9.42 km處為30.0 mg/L；完全混合后設計條件下污染物氨氮值為2.26 mg/L，至下游12.27 km處為1.5 mg/L；完全混合后現狀條件下污染物氨氮值為2.71mg/L，至下游17.72 km處為1.5 mg/L。計算結果，詳見表6。

表6 不同條件下污染物達標所需距離計算結果

綜上所述，設計條件下，滿足75%保證率，該入河排污口下游11.80 km處水體水質可恢復為Ⅳ類；滿足90%保證率，該入河排污口下游12.27 km處水體水質可恢復為Ⅳ類。現狀條件下，滿足75%保證率，該入河排污口下游19.9 km處水體水質可恢復為Ⅳ類；滿足90%保證率，該入河排污口下游17.72 km處水體水質可恢復為Ⅳ類；COD、氨氮值可實現雙達標。

5.4 與該河段水功能區納污能力比較

該入河排污口主要污染物排放量與該河段（安陽河安陽市排污控制區）水域納污能力比較，詳見表7。由表7可以看出，該入河排污口主要污染物COD、氨氮的入河量在該河段納污能力范圍內。但由于洹北污水處理廠入河排污口位于安陽河安陽市排污控制區下游，所以上游來水雖然混合稀釋充分，但綜合衰減距離、時間較短，可能對下游部分河段產生一定不利影響。

表7 水功能區納污能力與主要污染物排放量對比

6 結論

（1）該廠屬于混合式連續型入河排污口，采用管道方式排放，排水主要是經該廠處理過的生產和生活污水。經測算，排放的廢污水量小于等于5.0萬m3/d，主要污染物排放量COD小于等于915 t/a、氨氮小于等于91.5 t/a。

（2）通過設計條件下和現狀條件下預測結果的對比分析，污水處理廠建成后，雖然水體中COD略有上升，但含量小于標準限值30 mg/L，仍為Ⅳ類，達到了水質目標值；氨氮雖然為Ⅴ類，未達到水質目標值，但仍然達到了對污染物消減的目的。通過對該入河排污口主要污染物排放量與該河段（安陽河安陽市排污控制區）水域納污能力比較，該入河排污口主要污染物COD、氨氮的入河量在該河段納污能力范圍內。由于該入河排污口設置位于安陽河安陽市排污控制區下游，雖然有上游來水對其混合稀釋，但由于綜合衰減距離、時間都較短，可能對下游部分河段產生一定不利影響。

（3）設計水文條件下預測該入河排污口主要污染物COD、氨氮的入河量在河段納污能力范圍內，沒有改變水功能區使用功能，正常排放的污水經混合消減后水質類別無明顯變化；排污口附近水生生物種群結構可能發生一定變化，如清水種減少、耐污種增加。由于本河段不是自然保護區，也不是主要產魚區和產卵場，因此正常排放下不會對水生態環境產生明顯影響。

（4）該廠處理后的污水直接排入安陽河，入河排污口的設置主要對下游潛在的灌溉取用水戶聯系比較密切。該水域的主要功能為排污控制區向下一段農業用水區過渡，現狀水質為Ⅴ類。依據《農田灌溉水質標準》（GB5084-2005），對比洹北污水處理廠設計出水水質，COD、懸浮物、五日生化需氧量均低于項目標準值。該入河排污口排入安陽河的退水不會對該水功能區現狀水質產生不利影響，故該入河排污口所排廢污水對第三方取用水戶影響較小。

（5）該廠入河排污口位置設于京珠高速以下0.365 km安陽河左岸（于曹閘下）的方案，可將原直、混排入安陽河于曹閘以上洹北區域廢污水進行收集并經處理后排入安陽河于曹閘以下，既使得于曹閘以上城市河道景觀水面水質進一步提升，又可使安陽河市區以下河段水質整體得到改善。

通過以上論證分析，其入河排放主要污染物排放量符合相關規定要求，對水生態環境和第三者也不產生明顯不利影響。因此，該入河排污口位置設計基本合理。

[1]方子云.水資源保護工作手冊［M］.南京：河海大學出版社，1988.

[2]楊杰軍，王琳，王成見，等.中國北方河流環境容量核算方法研究[J].水利學報，2009，40（2）：194-200.

[3]王彥紅.水體納污能力計算中各參數的分析與確定［J］.山西水利科技.2007（2）：55-57.

TV213.4；X824

A

1004-7328（2017）04-0020-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.04.007

2017—04—25

趙嵩林（1970—），男，高級工程師，主要從事水文水資源勘測分析研究工作。