河流入河排污口設置對水功能區水質影響分析

隋海波

（撫順大伙房水庫發電有限責任公司，遼寧 撫順 113000）

新蒲新區位于遵義市老城區東部，緊鄰老城區，是遵義市城市發展和對外開放的新高地。但是，新蒲新區大多數鄉鎮區目前排水體制為雨污合流制，集鎮無集中治理設施。雨水和污水經部分排污溝渠和自然排放溝直接排入河道和附近農田。現狀排水系統缺乏規劃指導，系統性差、部份排水渠道斷面偏小、水流不暢。由于排水體制落后，不利于污水的收集和處理，其現狀已不適應城鎮的發展和人民生活水平的提高，急待改善。擬建的新舟鎮污水處理廠排污口位于新蒲新區新舟鎮集鎮，離巴洋河距離約600 m，處理規模為3000 m3/d，出水水質滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中一級A 標準后排入巴洋河內，排污口所在巴洋河為III 類水功能區。本文在滿足水功能區保護要求的前提下，分析入河排污口對水功能區水質的影響。

1 水質現狀

新舟鎮污水處理廠污水排放河流為巴洋河，根據水功能區劃，水功能區執行《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中III 類水體標準。為了了解排污河流的水質現狀，在排污口上游上游匯口處與下游500 m 個設置一個監測斷面進行了監測，監測斷面分別為W1、W2。檢測結果見表1。W1、W2 斷面的懸浮物不能滿足《地表水資源質量標準》（SL69-93）中的二級標準，其余監測斷面中各監測指標均滿足《地面水環境質量標準》（GB3838-2002）中Ⅲ類水質標準的要求，說明區域水質現狀較好。

表1 巴洋河地表水水質現狀表

根據制定的水域限制排污總量成果，河段以地表水Ⅲ類水質為控制目標，污染物指標COD、NH3-N 的現狀排放量遠遠小于其納污能力，尚有剩余納污能力，表現在河段現狀水質上，單項因子COD 常年處于《地表水環境中標準》（GB3838-2002）中的Ⅲ類水水平內，濃度低于Ⅲ類水的最高限值20 mg/L；單項因子NH3-N常年處于《地表水環境中標準》（GB3838-2002）中的Ⅲ類水水平內，濃度低于Ⅲ類水的最高限值1 mg/L，水質狀況較好。

2 水功能區水質濃度計算

2.1 影響范圍

根據水功能區水質要求，采用數學模型預測污水排放對流域水質的影響，根據新舟鎮污水處理廠入河排污口排水的主要污染物特征，選取COD、氨氮作為預測指標。排污口初步擬定影響范圍為排污口斷面至巴洋河匯入伏流，河長1.5 km。

2.2 數學模型

天然河流的流場計算比較復雜，選擇適當的計算模型對于最終結果特別重要。本次分析將采用一維水質數學模型，對研究河段內的污染物影響范圍進行模擬分析。模型方程為[1]：

當濃度達到穩態平衡，不再隨時間變化，即dc/dt=0，可得：

如果不考慮彌散作用，則簡化為[2]：

式中：x 為預測點離排放口的距離，m；c 為預測點（x）處污染物的濃度，mg/L；c0為排放口處污水、河水完全混合后的污染物濃度，mg/L，即向混合（彌散）系數，m2/s；ch為河流中污染物的本底濃度，mg/L；cp為廢污水中污染物的濃度，mg/L；K 為河流中污染物降解速率，1/d；Qh為河流流量，m3/s；Qp為廢污水排放流量，m3/s。

2.3 預測參數確定

（1）預測點離排放口的距離

排污口初步擬定影響范圍為排污口斷面至巴洋河匯入伏流，河長為1.5 km，故預測點離排放口的距離為1.5 km。

（2）河流縱向混合（彌散）系數Mx

根據排污口所在河流實際情況，河流縱向混合（彌散）系數采用愛爾德（Elder）法求得。愛爾德（Elder）法見下式[3]：

式中：H 為平均水深，1.26 m；I 為水力坡降，5.92‰；g 為重力加速度，取 9.80m/s2；α 為經驗系數，取 5.93。

經計算，本次河流縱向混合（彌散）系數Mx取2.02 m2/s。

（3）湘江大橋過渡區預測因子本底值

取巴洋河排污口斷面的監測結果作為本次預測的本底值，其中 COD：12 mg/L；氨氮：0.186 mg/L。

（4）河流中污染物降解速率K

本次污染物降解速率K 采取《水域納污能力計算規章》（GB/T25173-2010）中的懷特經驗公式進行計算[4]，計算公式如下所示：

式中：Q 為河流流量，m2/s，本次取 1.0143 m3/s。

通過計算可知，湘江大橋過渡區的污染物降解速率K 為10.23。

（5）河流流量、流速

設計流量取90%最枯月平均流量，為1.0143 m3/s。水流的縱向流速：0.26 m/s。

（6）廢污水中污染物濃度、污水排放流量

經處理后的廢污水中COD：60 mg/L；氨氮：8 mg/L。未經處理的廢污水中COD：250 mg/L；氨氮：30 mg/L。排入湘江大橋過渡區廢污水排放流量：0.0347 m3/s。

2.4 預測內容

新蒲新區新舟鎮污水處理工程排放的尾水為3000 m3/d。根據污水處理工程進出口水量和水質情況分析，計算得項目污染物排放情況見表2。

表2 污水排放口尾水排放情況表

2.5 執行標準

評價河段執行GB3838-2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類水標準，即COD≤20 mg/L，氨氮≤1 mg/L。

3 結果分析

3.1 預測結果

新蒲新區新舟鎮污水處理工程入河排污口設置后，排污對巴洋河的COD、氨氮濃度預測結果見表3。

表3 一維水質數學模型預測成果表

圖1 COD 預測濃度與距離關系圖

圖2 NH3-N 預測濃度與距離關系圖

由表3 知，在正常情況下，近期外排廢水進入巴洋河后，從排污口至下游1.5 km 區間，在P=90%最小月的COD 和氨氮預測濃度均達GB3838-2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類水質標準。且水質濃度變化不大，在匯口處近期COD 濃度由原來的12 mg/L 增加到13.5261 mg/L。氨氮濃度由原來的0.186 mg/L增加到0.4425 mg/L。在非正常排放情況下，近期外排廢水進入巴洋河后，從排污口至下游1.5 km 區間，在P=90%最小月的COD 和氨氮預測濃度均不能滿足GB3838-2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類水質標準。

3.2 正常排放對巴洋河水質的影響分析

新蒲新區新舟鎮污水處理工程建成運行后，區域的污水必須經過生活污水處理廠處理后才能排放，杜絕區域內的污水直接排入巴洋河，新蒲新區新舟鎮污水處理工程的建設減輕了污水直接排放對巴洋河的水質影響作用。污水處理廠運行后，對排入巴洋河COD 削減量為208.05 t/a，NH3-N 削減量為21.9 t/a，污水正常排放情況下，不會改變巴洋河現狀水質。

3.3 事故性排放對巴洋河水質的影響分析

污水處理廠在運行過程中，如果遇到設備故障或停電等突發事故，污水未得到處理，直接排入巴洋河，這種集中式排放，對巴洋河的影響較大，但事故性排放必須杜絕，設備要做到一備一用，供電必須雙線路，保證污水處理廠正常運行。在非正常排放情況下，排污量嚴重影響巴洋河水質，必須杜絕污水事故排放。

3.4 對水功能區納污能力影響分析

新蒲新區新舟鎮污水處理工程入河排污口設置后，按已確定的設計排放規模項目排入巴洋河的污水量為近期3000 m3/d，根據出水水質濃度，計算得排入巴洋河的COD 排放量為近期65.7 t/a，氨氮排放量為8.76 t/a。由表4 可知，入河排污口設置后，排放COD 和氨氮的量符合巴洋河水域河段納污能力的要求。

表4 河段的負荷排放情況表

4 結論

天然河流的流場計算比較復雜，選擇適當的計算模型對于最終結果特別重要。本次預測結果采用的是一維水質數學模型，該模型能較好的預測污染物混合后的距離和濃度的關系。該預測法在地面水環境評價時得到廣泛的應用。本次預測方法是在前人廣泛運用的基礎上運用的，預測成果較可靠合理。