入河排污口對受納水功能區水質影響分析

張 賀

(遼寧省葠窩水庫管理局有限責任公司，遼寧 遼陽 111000)

渾河是穿越沈陽市的主要河流，最終注入渤海灣，受渾河及其支流太子河的城市污水排放的影響，河流污染較重，主要接納了沈陽市、撫順市、鞍山市、本溪市、遼陽市、營口市等城市排放的污水[1]。雖然經過多年的治理取得一定的效果，但是目前污染還是較重，溶解氧、CODcr、BOD5等污染綜合參數嚴重超標，受納水域的水質狀況處于地表水Ⅳ～劣Ⅴ類水平。河流污染不僅給城區環境造成污染，而且污染沿河兩岸的地下水及地下水源，極大地制約了該區域內的經濟發展。為適應沈陽市經濟社會和城鎮發展的需要，為改善沈陽市整體水環境質量，加快建設城鎮污水處理設施，提高污水的收集處理率，保護并改善城鎮水環境，建設污水處理廠已迫在眉睫。

沈陽市南部污水處理廠位于沈陽市渾河南岸400m處的蘇家屯區東謨家堡村，污水收集范圍為渾河南部截留污水系統剩余污水、于洪新城污水系統、長白地區污水系統、曹仲地區污水系統等，設計規模近期為60萬t/d，遠期規模為80萬t/d，出水水質按照一級A排放標準設計。該污水處理廠的建設能夠有效解決區域城市廢污水直排，對渾河水質具有一定的改善作用。

1 計算方法

1.1 計算模型

渾河大閘上橡膠壩下多年水面寬250m，多年平均流量15～150m3/s，屬于中型河段。污染物的混合輸移過程主要為沿程變化，在橫向斷面上的變化能在較短時間內達到基本均勻混合，預測采用的模型為一維水質模型[2]：

(1)

式中，C0i—排污口斷面的污染物濃度，mg/L；Cx—流經x距離后的污染物濃度，mg/L；x—沿河段的縱向距離，m；u—設計流量下河道斷面的平均流速，m/s；k—污染物綜合衰減系數，1/s。

上式經變換后可得如下計算式：

(2)

式中，C0i可采用完全混合模式計算，如下式[3]：

(3)

1.2 模型參數的確定

(1)污染物控制指標

按照流域機構和省水行政主管部門的要求，目前在計算納污能力時，COD和NH3-N作為污染物控制指標。

(2)流速的確定

預測采用的水文條件為2017—2018年月平均流量，流速采用對應的設計流速，根據實測流量-流速成果模擬。

(3)排污口斷面污染物濃度C0i的確定

采用式(3)計算，根據沈陽市南部污水處理廠近期處理規模達到60萬t/d，預測時采用近期尾水排放量60萬t/d，排放流量QP1=6.9m3/s，遠期尾水排放量80萬t3/d，排放流量QP2=9.26m3/s。當污水處理廠正常運行，尾水正常排放時尾水污染物指標取一級A標準的出水水質，COD為50mg/L，NH3-N為5.0mg/L；當污水處理廠出現事故時，尾水排放污染物指標取進水水質COD為340mg/L，NH3-N為30mg/L。

(4)綜合衰減系數k

根據沈陽站和金沙實測水質、水量資料進行水質模擬計算，綜合衰減系數kCOD為0.3764 (1/d)，NH3-N的綜合衰減系數kNH3-N為0.4320 (1/d)。

2 預測結果與影響分析

2.1 渾河北岸沈陽南部余水全部處理

沈陽市南部污水處理廠建設運行投產后，沈水灣污水處理廠20萬t/d的尾水排入渾河上沙過渡區，沈陽市南部污水處理廠的尾水排入渾河金沙農業用水區，當污水處理廠正常運行，渾河北岸沈陽南部余水全部處理達標排放時，預測對渾河上沙過渡區和渾河金沙農業用水區的影響。

由圖1、圖2可知，渾河上沙過渡區水質同現狀比較，明顯得到改善，COD和NH3-N濃度下降幅度分別為45.5%和79.9%。COD達到Ⅴ類以下水質標準率由76.2%下降至28.6%。氨氮達到Ⅴ類以下水質標準率由100%下降至10.0%。

由圖3、圖4可知，渾河金沙農業用水區水質同現狀比較，明顯得到改善，COD和NH3-N濃度下降幅度分別為33.0%和62.2%。COD達到劣Ⅴ類以下水質標準率由14.3%下降至9.5%。氨氮達到Ⅴ類以下水質標準率由15.0%下降至10.0%。

2.2 沈陽市南部污水處理廠運行60萬t/d

沈陽市南部污水處理廠建設運行投產后，沈水灣污水處理廠20萬t/d的尾水排入渾河上沙過渡區，沈陽市南部污水處理廠的60萬t/d尾水排入渾河金沙農業用水區，當污水處理廠正常運行時，預測對渾河金沙農業用水區的影響。

渾河上沙、金沙水功能區的現狀污染年物排放量COD為68939t，氨氮為6126t，這當中包括沈水灣污水處理廠的20萬t/d處理后的污染物。當新建污水處理廠正常運行時，按照現狀南部污水截流剩余量52.61萬t/d預測，每年可以消減COD為55688t，氨氮4801t。

渾河金沙農業用水區水質同現狀比較，明顯得到改善，COD和NH3-N濃度下降幅度分別為20.6%和51.7%。COD達到劣Ⅴ類水質標準率由11.1%，下降至0%。氨氮達到Ⅴ類以下水質標準率由16.7%，下降至11.1%。詳見表1。

圖1 渾河上沙過渡區南部污水廠運行前后COD、氨氮狀況

圖2 渾河上沙過渡區南部污水廠運行前后水質預測結果

圖3 渾河金沙農業用水區南部污水廠運行前后COD、氨氮狀況

圖4 渾河金沙農業用水區南部污水廠運行前后水質預測結果

表1 渾河土東斷面南部污水廠運行60萬t/d后COD和氨氮預測結果

2.3 沈陽市南部污水處理廠運行80萬t/d

沈陽市南部污水處理廠建設運行投產后，沈水灣污水處理廠20萬t/d的尾水排入渾河上沙過渡區，沈陽市南部污水處理廠的80萬t/d尾水排入渾河金沙農業用水區，當污水處理廠正常運行時，預測對渾河金沙農業用水區的影響。

渾河金沙農業用水區水質同現狀比較，有所改善，COD和NH3-N濃度下降幅度分別為11.6%和36.6%。詳見表2。

3 入河排污口設置的合理性分析

南部污水廠排污口所排入的功能區為渾河金沙農業用水區。沈陽市南部污水處理廠的建設和運行，將沈陽南部截流剩余污水全部處理，尾水排入渾河金沙農業用水區，對水功能區的主導功能會產生有利的影響。按照預測結果，沈陽市南部污水處理廠運行60萬t/d時，渾河金沙農業用水區水質同現狀比較，明顯得到改善，COD和NH3-N濃度下降幅度分別為20.6%和51.7%。COD達到劣Ⅴ類水質標準率由11.1%，下降至0%。氨氮達到Ⅴ類以下水質標準率由16.7%，下降至11.1%。運行80萬t/d時，COD和NH3-N濃度下降幅度分別為11.6%和36.6%。沈陽市南部污水處理廠建設和運行后，水功能區水質完全滿足農業用水的水質目標要求。

表2 渾河土東斷面南部污水廠運行80萬t/d后COD和氨氮預測結果

由于沈水灣污水處理廠的處理規模為20t/d，處理能力遠達不到其接納的來水量。五里河污水處理廠拆除后，其污水經過截流暗渠匯入凌空明渠。其次工農泵站出口、羅士圈子出口污水也通過截流暗渠進到凌空明渠后直接排入渾河，導致渾河工農橋下游謨家閘上游的水質急劇惡化。南部污水廠的建設，可以把這些污水都吸納進來處理，并達到一級A標準排放，可以說對渾河水質的改善具有重大意義。排污口設立在謨家閘上游，由于大閘的阻水作用，污水廠出水與河水有很好的混合，有利于水體的自凈。其排污口的設置是可行的。

渾河上沙、金沙水功能區的現狀污染年物排放量COD為68939t，氨氮為6126t。當新建污水處理廠正常運行時，每年可以削減COD為55688t，氨氮4801t。污染物的削減量達到80%以上，效果明顯。排污口的設置對水功能區納污能力、污染物總量控制等是有利的。

沈陽市南部污水處理廠入河排污口有別于一般工業或其他行業的入河排污口，它屬于專門集中處理城市廢污水后的尾水排放口。處理的廢污水規模較大，處理效果明顯，污染物的去除率較高，對區域水環境和渾河水質的改善起著十分明顯的作用。污水處理廠的建設不但符合產業政策，也是流域水環境綜合整治中的重要內容，同樣是城市區域經濟發展的基礎性設施。

4 結論

通過污水處理廠入河排污口對受納水功能區水質影響預測分析，計算結果與實際基本相符，可以看出該段的渾河水功能區水質向好的方向轉變，降低COD、氨氮等指標濃度。結合預測結果，個別月份COD、氨氮下降幅度出現負值，因此要特別加強污水處理廠對廢污水處理深度，對出水水質實施在線監測與人工監測相結合，確保出水水質達標，另外建議增加氨氮、COD的處理措施以減少排放量。同時為了在事故狀態下污水處理能迅速恢復正常運行，應在主要水工建筑的容積上留有相應的緩沖能力，并配備相應的設備，使污水廠出水滿足對水功能區納污能力的要求。