蚌埠城南污水處理廠排污口設(shè)置論證分析

李 琛尹 星王 成

隨著蚌埠城區(qū)的向南擴(kuò)展，現(xiàn)有的污水處理廠已無(wú)法覆蓋相應(yīng)的區(qū)域，為此，新建了城南污水處理廠收集處理高新區(qū)生活及工業(yè)污水。本文通過(guò)分析城南污水處理廠入河排污口設(shè)置對(duì)水功能區(qū)水質(zhì)、納污能力的影響，論證該排污口設(shè)置的合理性。

一、工程概況

城南污水廠位于蚌埠市黃山大道以南、規(guī)劃長(zhǎng)征南路以東、迎河以西。主要負(fù)責(zé)收集、輸送并處理八里溝片、燕山西片、燕山東片的污水，服務(wù)面積為2949hm2。一期設(shè)計(jì)規(guī)模為2.5萬(wàn)m3/d，已于2013年10月投入運(yùn)營(yíng)；遠(yuǎn)期總設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬(wàn)m3/d。

城南污水處理廠排污口設(shè)置于污水處理廠東側(cè)迎河岸邊，距離西側(cè)城南污水處理廠15m，入河排污口經(jīng)緯度為 E 117°18′50″、N32°53′46″。污水廠尾水就近排入迎河，間接作為張公山大塘的景觀補(bǔ)水，最終通過(guò)席家溝匯入淮河。出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)和《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T18921-2002）表1中觀賞性景觀環(huán)境用水標(biāo)準(zhǔn)。為使出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，城南污水廠現(xiàn)采用“曝氣沉砂池+多點(diǎn)進(jìn)水強(qiáng)化脫氮除磷AAC氧化溝＋深度處理”的工藝線路，輔以化學(xué)除磷，以滿足水質(zhì)要求。

二、水功能區(qū)現(xiàn)狀

1.水功能區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

根據(jù)《蚌埠市水功能區(qū)劃》，蚌埠市共有市級(jí)水功能區(qū)15個(gè)（不含省級(jí)水功能區(qū)及對(duì)省級(jí)水功能區(qū)調(diào)整后的水功能區(qū)）。城南污水處理廠排污口位于席家溝蚌埠景觀娛樂(lè)用水區(qū)內(nèi)。

根據(jù)《城南污水處理廠一期工程環(huán)境影響報(bào)告表》，工程建設(shè)前的2008年6月對(duì)迎河及張公湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，迎河及張公山大塘水體COD 40.6～64mg/L、氨氮 3.24～11.6mg/L，水質(zhì)較差。

根據(jù)《蚌埠市級(jí)水功能區(qū)水資源質(zhì)量狀況通報(bào)》，該水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)為Ⅳ類，2016年未達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)要求，現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅴ類，主要超標(biāo)因子為氨氮，最大超標(biāo)倍數(shù)為0.1倍。

2.水功能區(qū)納污情況分析

參考《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》（GB/T25173-2010），采用一維水質(zhì)模型計(jì)算席家溝蚌埠景觀娛樂(lè)用水區(qū)納污能力，COD、氨氮納污能力分別為655.06t/a，46.97t/a。根據(jù)調(diào)查，除工程入河排污口外，無(wú)其他合法登記的入河排污口，該水功能區(qū)納污能力即本功能區(qū)限排總量。城南污水處理廠一期工程按設(shè)計(jì)規(guī)模2.5萬(wàn)m3/d，主要污染物COD、氨氮按設(shè)計(jì)入河濃度計(jì)：COD50 mg/L（456.25t/a）、氨氮 5mg/L（45.63t/a），小于該功能區(qū)限排總量。

城南污水處理廠已投入運(yùn)營(yíng)，根據(jù)2016年功能區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果計(jì)算，迎河—張公湖—席家溝污染物入河總量COD、氨氮為870.67 t/a和59.04t/a，超過(guò)限排總量。對(duì)比城南污水處理廠一期工程污染物設(shè)計(jì)入河量和該計(jì)算入河量，可知除城南污水處理廠排污口外，該功能區(qū)存在未納入城市管網(wǎng)的其他污染源直排入河。

3.排污口設(shè)立對(duì)水功能區(qū)的影響

城南污水處理廠尾水通過(guò)迎河補(bǔ)水張公湖，最終通過(guò)席家溝匯入淮河。水質(zhì)預(yù)測(cè)主要內(nèi)容為城南污水處理廠運(yùn)行期間，尾水進(jìn)入迎河對(duì)下游水體及席家溝景觀、娛樂(lè)用水區(qū)以及取用水戶的污染影響范圍及程度（見圖1）。

（1）工況選取

本次污水處理廠一期工程水質(zhì)影響預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)工況下污水處理廠排放量及評(píng)價(jià)因子COD、氨氮的排放濃度見表1。

（2）水質(zhì)模型的選擇

迎河段河道水質(zhì)預(yù)測(cè)采用混合及一維水質(zhì)模型進(jìn)行，以入湖口、出湖口斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)為條件（IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，COD濃度30mg/L、氨氮濃度1.5mg/L），計(jì)算城南污水處理廠尾水排放對(duì)河道水質(zhì)的影響。

式中：C為預(yù)測(cè)斷面預(yù)測(cè)因子濃度，mg/L；C0為完全混合后混合水中污染物的濃度，mg/L；Ch為迎河水質(zhì)濃度，mg/L；Cp為排污口出水水質(zhì)濃度，mg/L；Qh為迎河流量，非調(diào)水期間為0；Qp為排污口出水流量；k為綜合衰減系數(shù)，d-1；t為滯留時(shí)間，d。

張公湖水質(zhì)預(yù)測(cè)采用小湖泊完全混合衰減模式，以出湖口水質(zhì)達(dá)到IV類水標(biāo)準(zhǔn)限值推算入湖口處水量及濃度。

平衡時(shí)：

圖1 排污口與水系概化圖

式中：C為張公湖出湖口達(dá)標(biāo)濃度，mg/L；Qp為迎河入張公湖流量，m3/s；Cp為迎河入張公湖水質(zhì)濃度，mg/L；Qh為張公湖出湖流量，m3/s；Ch為張公湖中污染物本底濃度（t=0時(shí)的出水濃度），mg/L；W0為張公湖中現(xiàn)有的污染物排入量，g/s；V為張公湖有效容積，m3；K1為張公湖污染物降解系數(shù)，1/d；t為預(yù)測(cè)時(shí)刻離排放時(shí)刻的時(shí)間，在實(shí)際應(yīng)用中，預(yù)測(cè)時(shí)刻t以d（天）為單位。

（3）參數(shù)選取

①水文參數(shù)

入河排污口以上斷面流域集水面積21km2，積水面積較小，無(wú)穩(wěn)定水源，枯水期河道及下游張公湖主要來(lái)水為污水處理廠尾水0.29m3/s。迎河設(shè)計(jì)平均溝深4.5m，水深3.5m，邊坡為1∶2。張公湖平均水深1.8m，水面面積0.6～0.73km2，正常蓄水位19.8m，庫(kù)容100萬(wàn)m3。

②計(jì)算參數(shù)

根據(jù)淮河流域水資源綜合規(guī)劃水資源保護(hù)專項(xiàng)規(guī)劃成果，在低流量下污染物降解系數(shù)與河段內(nèi)平均水流速度相關(guān)。COD的k1值：k1=0.050+0.68u；氨氮的 k2值：k2=0.061+0.551u，式中 u 為平均流速（m/s）。從保守角度估算，迎河、席家溝的COD和氨氮的降解系數(shù)分別取值：KCOD=0.05；K氨氮=0.06。張公湖參考同類型小湖泊經(jīng)驗(yàn)值，COD和氨氮的降解系數(shù)取值分別為KCOD=0.025、K氨氮=0.044。根據(jù)河道斷面設(shè)計(jì)，計(jì)算各工況下河道平均流速約為0.008m/s。

城南污水處理廠在設(shè)計(jì)工況下，區(qū)域所有污染源全部納入污水處理廠處理，以張公湖水質(zhì)達(dá)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算張公湖COD和氨氮固有污染量，計(jì)算得出COD固有污染負(fù)荷W0-COD=8.68g/s，氨氮W0-氨氮=0.24g/s。

（4）評(píng)價(jià)段水質(zhì)預(yù)測(cè)

預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)工況污水處理廠尾水經(jīng)迎河進(jìn)入張公湖后對(duì)席家溝景觀娛樂(lè)用水區(qū)影響，起始斷面和終止斷面分別為：①尾水入迎河斷面—張公湖入湖口斷面；②張公湖入湖口斷面—張公湖出湖口斷面；③張公湖出湖口—席家溝入淮口。根據(jù)上述模型及模型參數(shù)的選取，預(yù)測(cè)結(jié)果見表2。

在迎河～張公湖沿線的所有污水納入污水處理廠接管的前提下，污水處理廠以設(shè)計(jì)工況運(yùn)行時(shí)，以最不利水文條件計(jì)算，COD入張公湖濃度為37.7mg/L，出湖口COD穩(wěn)定濃度33.9mg/L；氨氮入張公湖口濃度為3.56mg/L，出湖口氨氮穩(wěn)定濃度為1.59mg/L，在席家溝入淮斷面可滿足地表水Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

三、入河排污口設(shè)置可行性分析

根據(jù)2008年《蚌埠市城南污水處理廠一期工程環(huán)境影響報(bào)告表》中對(duì)迎河—張公湖的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果為：迎河段COD平均濃度為42.8mg/L，氨氮平均濃度為3.89 mg/L；張公湖COD平均濃度為60.5mg/L，氨氮平均濃度為11.3mg/L。經(jīng)計(jì)算，城南污水處理廠未建設(shè)前迎河—張公湖段COD和氨氮的污染物入河量達(dá)889.5t/a和106.7t/a，已遠(yuǎn)大于水功能區(qū)所能承載納污能力。

根據(jù)實(shí)際現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果，排污口入迎河段至迎河入張公湖湖口處沿程COD濃度由11.35mg/L上升至31.7mg/L，氨氮由1.61mg/L上升至2.85mg/L，究其原因是沿程部分生活污水尚未納污污水管網(wǎng)，仍有生活污水直排迎河導(dǎo)致。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，迎河—張公湖入湖口處未納入污水管網(wǎng)的COD和氨氮年排放量分別為105.84 t/a和9.50 t/a。若迎河—張公湖入湖口段未納污管網(wǎng)的生活污水接入城南污水處理廠處理，則該段COD和氨氮入河總量減少至413.20 t/a和44.81 t/a，滿足限排要求。

表1 工程水環(huán)境影響評(píng)價(jià)因子及污染源表

表2 排污后設(shè)計(jì)工況下各評(píng)價(jià)斷面水質(zhì)預(yù)測(cè)結(jié)果表 單位：mg/L

由此可見，隨著城南污水處理廠的建設(shè)和污水管網(wǎng)的不斷完善，席家溝景觀娛樂(lè)用水區(qū)內(nèi)直排入河的COD和氨氮污染量逐漸減少，污水處理廠的建設(shè)對(duì)水功能區(qū)污染物的削減起到積極作用，入河排污口設(shè)置可行。

四、結(jié)論和建議

城南污水處理廠一期建設(shè)規(guī)模2.5萬(wàn)m3/d，于2013年投入運(yùn)行，彌補(bǔ)了新城區(qū)無(wú)污水處理廠的空缺。污水處理廠排污口位于席家溝蚌埠景觀娛樂(lè)用水區(qū)內(nèi)，尾水通過(guò)迎河用于補(bǔ)充張公湖景觀水體，排水符合《城填污水處理廠尾水排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)和《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T18921-2002）表1中水景類觀賞性景觀環(huán)境用水標(biāo)準(zhǔn)。

城南污水處理廠建設(shè)對(duì)削減席家溝蚌埠景觀娛樂(lè)用水區(qū)的污染物排放總量具有積極作用，工程的環(huán)境效益十分明顯，工程建設(shè)總體上是利大于弊。從入河排污口設(shè)置對(duì)水功能區(qū)水質(zhì)、納污能力的影響這個(gè)角度分析入河排污口設(shè)置是合理的。

為進(jìn)一步改善席家溝景觀娛樂(lè)用水區(qū)水質(zhì)，建議城南新區(qū)加快完善區(qū)域污水管網(wǎng)，提高污水收集率。由于污水處理廠一期工程污染物入河量已接近水功能區(qū)納污能力，二期擴(kuò)建工程可以通過(guò)對(duì)原主體工藝進(jìn)行改造、優(yōu)化參數(shù)、添加外物質(zhì)、強(qiáng)化生化處理等方式進(jìn)行深度處理，將一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)提升至地表水類Ⅳ類或更高的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足席家溝景觀、娛樂(lè)用水區(qū)水質(zhì)管理要求