海倫市污水處理廠提標(biāo)改造及擴(kuò)建工程對地表水環(huán)境影響研究

于 洋 范寧寧 賀懷振

（1、黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 哈爾濱150080 2、黑龍江鑫潤環(huán)保工程設(shè)計(jì)有限公司，黑龍江 哈爾濱150080）

1 基本情況

1.1 污水處理廠基本情況。海倫市污水處理廠位于長發(fā)鄉(xiāng)長豐村，瓦盆窯屯西南。海倫市污水處理廠提標(biāo)改造及擴(kuò)建工程將現(xiàn)有污水處理廠處理規(guī)模由20000m3/d 提標(biāo)改造為40000m3/d，污水處理工藝采用“A2O 工藝+次氯酸鈉消毒”。新建細(xì)格柵、二沉池、污泥泵站、二次提升泵站、高效澄清池、纖維轉(zhuǎn)盤濾池、接觸消毒池、加氯間、給水、排水、供熱管線及四周道路等，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A 標(biāo)準(zhǔn)排入北大溝后入七星河，最后匯入扎音河。

1.2 河道基本情況。（1）七星河。七星河位于海倫市北部，是扎音河左岸的一級支流，河口處地理坐標(biāo)為，東經(jīng)126°46′，北緯47°33′，發(fā)源于小仙嶺西側(cè)淺山丘陵區(qū)，向東向西流經(jīng)海倫市東林鄉(xiāng)，長發(fā)鄉(xiāng)等地，在向榮鄉(xiāng)腰屯匯入扎音河，流域面積204.94km2，干流全長36km。（2）扎音河。扎音河原名“扎喀河”，滿語。松花江三級支流。位于海倫市北部。發(fā)源于海倫、北安、綏棱3 個(gè)縣（市）交界處，自東北向西南橫貫海倫市北部，在永和鄉(xiāng)供銷村附近注入通肯河。全長105km，河寬12m，水深1.5m，流域面積1264km2。每年11月中旬至次年4 月上旬為結(jié)冰期。上游為山溪性河流，多為林區(qū)；中下游屬平原河流，為農(nóng)業(yè)區(qū)。上游已建蓄水1.6 億m3的大型東方紅水庫[1]。

1.3 水功能區(qū)情況。根據(jù)《黑龍江省地表水功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》（DB23/T740-2003），海倫市污水處理廠排污口位于北大溝，北大溝為七星河支流，七星河為扎音河支流，七星河入扎音河河口所處水功能一級區(qū)為扎音河海倫市開發(fā)利用區(qū)，二級區(qū)為扎音河程家屯排污控制區(qū)。其下一水功能區(qū)為扎音河愛民過渡區(qū)，水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類。

2 區(qū)域污染源情況

本次地表水研究范圍為：北大溝：海倫市污水處理廠排污口上游500m 至北大溝入扎音河河口；七星河：北大溝匯入口至七星河入扎音河口；扎音河：向榮鄉(xiāng)至扎音河入通肯河口。經(jīng)調(diào)查，研究范圍內(nèi)除海倫市污水處理廠外，無工業(yè)污染源及城鎮(zhèn)生活污染源等點(diǎn)源污染，受納水體兩岸以面源污染為主。

3 受納水體水質(zhì)現(xiàn)狀

為掌握扎音河水質(zhì)，收集到了2018 年5 月16 日、17 日扎音河海北大橋斷面、扎音河入通肯河口（扎音河）斷面2 次監(jiān)測成果，同時(shí)參考2017 年10 月份扎音河愛民大橋斷面水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)狀分析。結(jié)果表明，扎音河向榮農(nóng)業(yè)用水區(qū)、扎音河程家屯排污控制區(qū)和扎音河愛民過渡區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)均較差，超標(biāo)污染物主要為COD、氨氮等[2]。超標(biāo)原因有以下幾個(gè)方面：（1）據(jù)調(diào)查，東方紅水庫是平原水庫，近年來，庫區(qū)水質(zhì)呈污染加劇的趨勢，水庫下泄水質(zhì)基本為Ⅳ類左右。（2）東方紅水庫的建設(shè)，改變了扎音河下游的天然狀態(tài)，使得水庫壩下流量減少，水體自凈能力下降，水環(huán)境質(zhì)量下降，加之兩岸農(nóng)田退水也加劇了水體污染，使得上斷面扎音河向榮農(nóng)業(yè)用水區(qū)來水水質(zhì)全年Ⅳ-Ⅴ類。

4 工程運(yùn)行對受納水體水質(zhì)影響

通過對工程所造成的地表水環(huán)境影響預(yù)測，分析和評價(jià)項(xiàng)目對受納水體水環(huán)境可能產(chǎn)生的影響及影響的范圍和程度，為有效預(yù)防和控制受納水體的水環(huán)境污染提供科學(xué)的依據(jù)[3]。本工程排水最終進(jìn)入扎音河，因此重點(diǎn)分析項(xiàng)目排水對扎音河的水環(huán)境影響。

4.1 混合過程段長度。混合過程段長度按照下式計(jì)算：

式中：Lm——混合段長度，m；B——水面寬度，m，取枯水期平均河寬14m；a——排放口到岸邊的距離，m；u——斷面流速，m/s；Ey——污染物橫向擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。

Ey確定采用泰勒法，公式如下。

式中：H——平均水深，m；B——水面寬度，m；g——重力加速度，m/s2；I——水力坡降，%。

計(jì)算得Ey為0.006m2/s，代入式1 計(jì)算得混合段長度為389m，即本工程退水排入扎音河后，流經(jīng)389m 長的混和過程段后，項(xiàng)目所排放的污染物在扎音河斷面上均勻分布。

4.2 預(yù)測模型。扎音河可簡化為平直河流，本項(xiàng)目混合過程段長度為389m，在此范圍內(nèi)無取水口、自然保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感點(diǎn)，也沒有水功能區(qū)控制斷面等主要關(guān)心斷面。因此，不考慮混合過程斷的衰減過程，僅針對充分混合段開展預(yù)測，預(yù)測模型采用一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型。

采用一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型進(jìn)行預(yù)測：

式中：C0——上游斷面污染物的濃度，mg/L；k——污染物綜合自凈系數(shù)，1/d；x——河段長度，km；u——功能區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)流速，m/s；C——下游斷面污染物濃度，mg/L；

斷面初始濃度采用完全混合模型進(jìn)行計(jì)算。

式中：C0——污染物預(yù)測濃度，mg/L；Cp——污染物排放濃度，mg/L；Ch——河流來水污染物濃度，mg/L；Qp——廢水排放量，m3/s；Qh——河流來水流量，m3/s。

4.3 水文條件。北大溝、七星河為季節(jié)性河流，枯水期流量為0。按照污水排放對河流水環(huán)境最不利的影響原則，七星河入扎音河的污染物濃度及流量不進(jìn)行衰減考慮，在預(yù)測中，七星河匯入扎音河口處概化為排放口，其污染物濃度及流量采用污水處理廠排放的污染物濃度及流量[4]。扎音河選擇90%保障率最枯月流量作為設(shè)計(jì)流量。

4.4 預(yù)測狀態(tài)。將預(yù)測本工程運(yùn)行后正常工況和事故排放在各斷面造成的污染物貢獻(xiàn)值，再疊加上現(xiàn)狀監(jiān)測背景值，最后得出各斷面的污染物濃度，評估本工程造成的實(shí)際影響。

4.5 預(yù)測結(jié)果。（1）完全混合后斷面初始濃度。正常工況下，排污口入河所在斷面經(jīng)充分混合后初始濃度在經(jīng)污水處理廠處理達(dá)標(biāo)后COD 為50mg/L、氨氮為5（8）mg/L；事故狀態(tài)下，污水處理廠處理排污后入河斷面COD 為350mg/L、氨氮為30mg/L。（2）對水環(huán)境影響分析。本次影響研究范圍涉及的水功能區(qū)為扎音河程家屯排污控制區(qū)和扎音河愛民過渡區(qū)。根據(jù)最不利條件下的預(yù)測結(jié)果，對正常排放和事故排放結(jié)果進(jìn)行分析。

a.正常排放。由于扎音河程家屯排污控制區(qū)未設(shè)置水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)，因此，本次重點(diǎn)針對扎音河愛民過渡區(qū)下斷面進(jìn)行達(dá)標(biāo)分析，經(jīng)計(jì)算，七星河入扎音河口下游11.3km 處COD 濃度為19.95 mg/L，能夠達(dá)到扎音河愛民過渡區(qū)Ⅲ類水質(zhì)目標(biāo)；下游21.0km 處氨氮濃度為0.99 mg/L，能夠達(dá)到扎音河愛民過渡區(qū)Ⅲ類水質(zhì)目標(biāo)。COD 和氨氮在扎音河愛民過渡區(qū)下斷面均能滿足相應(yīng)水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)要求。b.事故工況下。事故狀態(tài)下，各預(yù)測斷面處，COD 和氨氮均超過Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)要求，事故狀態(tài)下污水排放，對扎音河水質(zhì)沖擊較大，企業(yè)應(yīng)該避免事故排放。本次評價(jià)事故狀態(tài)下預(yù)測結(jié)果即代表了若不建設(shè)本工程，各企業(yè)生產(chǎn)及生活污水直接排放入扎音河所造成的影響，預(yù)測結(jié)果表明，本工程建設(shè)對改善扎音河水質(zhì)將起到顯著作用。

5 結(jié)論

海倫市污水處理廠建設(shè)后，大幅削減了污染物的排放，對扎音河水質(zhì)有較大改善作用，在扎音河愛民過渡區(qū)下斷面COD、氨氮的濃度能夠滿足Ⅲ類水質(zhì)目標(biāo)要求，說明海倫市污水處理廠建設(shè)符合扎音河水功能區(qū)的管理要求[5]。

本項(xiàng)目完成后，有效的減少了水污染物的排放量，大大減少了對扎音河及其下游水質(zhì)的沖擊，改善水環(huán)境。

根據(jù)扎音河現(xiàn)狀水質(zhì)監(jiān)測及收集的扎音河水質(zhì)監(jiān)測資料表明，扎音河排污控制區(qū)上游的扎音河向榮鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)用水區(qū)（扎音河海北橋斷面）水質(zhì)較差，水質(zhì)現(xiàn)狀為劣Ⅴ類；而扎音河入通肯河河口水質(zhì)類別為Ⅳ類，雖然不滿足扎音河愛民過渡區(qū)Ⅲ類水質(zhì)，但優(yōu)于上游來水水質(zhì)。說明扎音河上游接納了污水匯入，尤其是兩岸分布大量農(nóng)田和部分村鎮(zhèn)，而扎音河下游入通肯河口水質(zhì)現(xiàn)狀優(yōu)于上游。

綜上所述，海倫市污水處理廠提標(biāo)改造建設(shè)符合扎音河水環(huán)境管理要求。