基于完全混合和S-P模式的地表水環(huán)境影響預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

鹿新高，鹿新陽(yáng)，龐清江

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利土木工程學(xué)院，山東 泰安 271018；2.山東威海水利工程集團(tuán)有限公司，山東 威海 264200）

環(huán)境影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià) （Environmental Impact Assessment），簡(jiǎn)稱“環(huán)境影響評(píng)價(jià)”（EIA），是20世紀(jì)末迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)環(huán)境管理技術(shù)，是對(duì)規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施后可能造成的環(huán)境影響進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和評(píng)估，提出預(yù)防或者減輕不良環(huán)境影響的對(duì)策和措施，進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)的方法與制度[1]。地表水環(huán)境影響評(píng)價(jià)則是對(duì)某一水域進(jìn)行環(huán)境要素分析，進(jìn)而再對(duì)其做出定量評(píng)述的過(guò)程[2]?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，同時(shí)也帶來(lái)了生態(tài)環(huán)境的惡化，直接或間接制約著經(jīng)濟(jì)的又好又快發(fā)展，為協(xié)調(diào)好這一矛盾，依據(jù)現(xiàn)行的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，做好水環(huán)境影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)就顯得尤為重要。

通過(guò)水環(huán)境影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，弄清區(qū)域水環(huán)境變化發(fā)展的規(guī)律，為區(qū)域水環(huán)境系統(tǒng)的污染控制規(guī)劃及制定區(qū)域水環(huán)境應(yīng)對(duì)方案提供依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步搞好水環(huán)境區(qū)劃、規(guī)劃等工作。因此，在對(duì)區(qū)域地表水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，以某擬建污水處理廠為例，研究其對(duì)區(qū)域地表水環(huán)境的影響，論證該項(xiàng)目建設(shè)的可行性，為經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整和產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化提供決策性依據(jù)。

1 擬建項(xiàng)目概況

擬建該污水處理廠位于泰安市郊區(qū)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)建設(shè)總處理污水規(guī)模為6萬(wàn)t/d，總投資9000萬(wàn)元，采取標(biāo)準(zhǔn)BOT模式，項(xiàng)目占地7.33hm2，周邊主要工業(yè)廢水和生活污水將排入該污水處理廠進(jìn)行處理。經(jīng)有效處理后的化纖、造紙、酒精、淀粉等工業(yè)廢水排放達(dá)到 《城鎮(zhèn)污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，除40%回用外，其余廢水直接進(jìn)入瀛汶河，最后排入大汶河。項(xiàng)目建成運(yùn)行后，將有效恢復(fù)和改善大汶河流域的生態(tài)環(huán)境。

2 地表水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)

2.1 地表水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)

根據(jù)該污水處理廠周圍地表水水系特點(diǎn)、廠址所處環(huán)境和擬建工程廢水外排的情況，在污水處理廠污水排入的瀛汶河上、下游約10km河段內(nèi)設(shè)置4個(gè)地表水?dāng)嗝姹O(jiān)測(cè)點(diǎn)，并確定pH值、CODCr、BOD5、氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、硫酸鹽及揮發(fā)酚8項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，于2009年8月28～30日上、下午各監(jiān)測(cè)1次。 見(jiàn)表1、表2。

表1 地表水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果

表2 地表水各監(jiān)測(cè)斷面污染濃度統(tǒng)計(jì)結(jié)果 單位：mg/L、個(gè)/L

根據(jù)表2可以看出，在評(píng)價(jià)的4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中，A監(jiān)測(cè)斷面的CODCr值范圍為18.1～37.6mg/L，總平均值為26.7mg/L，最大超標(biāo)倍數(shù)為0.25倍；氨氮監(jiān)測(cè)值范圍為0.366～1.730mg/L，均值為0.996mg/L，最大超標(biāo)倍數(shù)0.15；C監(jiān)測(cè)斷面的CODCr值范圍為15.2～30.3mg/L，均值為19.7mg/L，最大超標(biāo)倍數(shù)為0.01倍；氨氮監(jiān)測(cè)值范圍為0.368～1.517mg/L，均值為0.401mg/L，最大超標(biāo)倍數(shù)0.011；其余監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均達(dá)到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)狀水質(zhì)較好，對(duì)區(qū)域水環(huán)境影響較小。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和當(dāng)?shù)丨h(huán)保局統(tǒng)計(jì)資料分析，這兩個(gè)指標(biāo)超標(biāo)的主要原因是瀛汶河上游的生活污水無(wú)規(guī)則排入，在枯水期造成地表水污染所致。

2.2 地表水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

由于本項(xiàng)目廢水水質(zhì)簡(jiǎn)單，排入小型河流的污染負(fù)荷較輕，確定地表水環(huán)境影響評(píng)價(jià)等級(jí)為二級(jí)[4]。

采用單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法[5]和GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其公式：

式中 Pi為第i種污染物的單因子指數(shù)（pH除外）；Ci為i污染物的加權(quán)平均濃度（mg/L）；Si為i污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（mg/L）。

對(duì)于pH，其標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)[5]按下式計(jì)算。

式中 PpH為pH的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；pHCi為pH的現(xiàn)狀加權(quán)評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)結(jié)果；pHsd為pH采用標(biāo)準(zhǔn)的下限值；pHsu為pH采用標(biāo)準(zhǔn)的上限值。

2.2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 地表水各監(jiān)測(cè)斷面單因子質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果表

由表3可知，除揮發(fā)酚未檢出外，pH值、CODCr、BOD5、氨氮、總磷高錳酸鹽指數(shù)及硫酸鹽在各斷面指數(shù)均小于1，說(shuō)明該排污口在瀛汶河上、下游10km河段內(nèi)的現(xiàn)狀水質(zhì)較好。

（2）價(jià)格穩(wěn)定帶。政府為了保證肉類、奶類等農(nóng)作物產(chǎn)品的價(jià)格能夠維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)，在不影響市場(chǎng)自由貿(mào)易的前提下，由政府對(duì)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行買進(jìn)和賣出，從而達(dá)到價(jià)格控制的作用。

3 地表水環(huán)境影響預(yù)測(cè)及計(jì)算

環(huán)境影響的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)是在工程分析、地表水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的調(diào)查和評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，有選擇有重點(diǎn)地對(duì)某些影響地表水環(huán)境質(zhì)量的因素作深入研究，對(duì)某些主要影響因子的變化和環(huán)境功能變化作定量或半定量預(yù)測(cè)計(jì)算，并對(duì)影響變化的程度和可能造成的環(huán)境后果作出評(píng)價(jià)的過(guò)程。

3.1 預(yù)測(cè)范圍

本項(xiàng)目屬于污水治理項(xiàng)目，項(xiàng)目建成后消減了區(qū)域內(nèi)污水進(jìn)入瀛汶河的污染物總量，因此本次預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)主要評(píng)價(jià)污水處理廠正常及非正常排水情況下對(duì)排污口上、下游10km范圍內(nèi)水質(zhì)的影響情況。

3.2 選取預(yù)測(cè)因子

預(yù)測(cè)因子的選擇應(yīng)根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，選取對(duì)于評(píng)價(jià)區(qū)域污染物質(zhì)量濃度已經(jīng)超標(biāo)的物質(zhì)的評(píng)價(jià)因子作為預(yù)測(cè)因子[6]。據(jù)表2的地表水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果可知，影響該區(qū)域地表水水質(zhì)的主要評(píng)價(jià)因子為COD、氨氮。因此，根據(jù)HJ/T2.3—93《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地面水環(huán)境》的要求和擬建工程排放廢水中污染物的特征和納污水體的環(huán)境質(zhì)量，選擇COD、氨氮作為地表水預(yù)測(cè)因子。

3.3 預(yù)測(cè)模式

式中 c為污染物斷面平均濃度（mg/L）；Qp為廢水排放量（m3/s）；cp為污染物排放濃度（mg/L）；Qh為河流流量（m3/s）；ch為河流現(xiàn)狀污染物濃度（指未混合前）（mg/L）。

一維穩(wěn)態(tài)S-P混合衰減模式：

根據(jù)HJ/T2.3—93《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地面水環(huán)境》的要求及預(yù)測(cè)因子在水環(huán)境中的降解難易程度，預(yù)測(cè)因子按非持久性污染物考慮，采用如下預(yù)測(cè)模式。

完全混合模式：

式中 K1為衰減系數(shù)（d-1）；u為河水平均流速（m/s）；x為上下游兩側(cè)點(diǎn)之間的距離（m）；c上為上游測(cè)點(diǎn)的污染物濃度（mg/L）；c下為下游測(cè)點(diǎn)的污染物濃度（mg/L）。

河流的衰減系數(shù)受河床、水流和污染狀況的影響，不同季節(jié)、溫度條件下的衰減系數(shù)也不盡相同。郭儒等[7]研究得出，我國(guó)河流COD的衰減系數(shù)一般在0.009～0.47d-1之間，氨氮的衰減系數(shù)為0.105～0.35d-1。根據(jù)瀛汶河水體水質(zhì)特征并參考其他河流資料，本次預(yù)測(cè)瀛汶河CODCr的KCODCr為0.2d-1；氨氮的K氨氮為0.15d-1。

式中 c為預(yù)測(cè)斷面濃度（mg/L）；co為計(jì)算初始點(diǎn)斷面污染物平均濃度（mg/L），可由完全混合模式公式（3）計(jì)算得出；K1為衰減系數(shù)（d-1）；x為衰減距離，計(jì)算點(diǎn)離排放口的距離（m）；u為河水平均流速（m/s）。

一維穩(wěn)態(tài)混合段衰減系數(shù)計(jì)算公式：

3.4 預(yù)測(cè)源強(qiáng)

污染物源強(qiáng)的確定[8]是地表水環(huán)境影響質(zhì)量評(píng)價(jià)分析的關(guān)鍵，直接關(guān)系預(yù)測(cè)結(jié)果的真實(shí)程度。根據(jù)該污水處理廠特點(diǎn)及周圍地表水環(huán)境情況可知，擬建工程建成投產(chǎn)后廢水主要有以下情況。

3.4.1 正常運(yùn)營(yíng)情況下擬建工程外排廢水水質(zhì)

生產(chǎn)過(guò)程中廢水處理系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，日排水量3.6萬(wàn)m3，出水的CODCr排放濃度為50mg/L，氨氮排放濃度5mg/L。

3.4.2 非正常運(yùn)營(yíng)情況下擬建工程外排廢水水質(zhì)

若污水處理設(shè)備或工藝出現(xiàn)問(wèn)題，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理后直接排放，系統(tǒng)對(duì)CODCr和氨氮基本沒(méi)有處理效果，則日排水量6萬(wàn)m3，出水的CODCr排放濃度約500mg/L，氨氮排放濃度15mg/L。

3.5 預(yù)測(cè)結(jié)果

本項(xiàng)目為城市污水處理工程，項(xiàng)目建成投入運(yùn)營(yíng)以后該地區(qū)的生活污水和工業(yè)廢水將通過(guò)污水管網(wǎng)匯流至污水處理廠，之后排入瀛汶河，排污口設(shè)在瀛汶河岸邊。在污水處理廠的排污口下游設(shè)B、C2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)正常運(yùn)營(yíng)和非正常運(yùn)營(yíng)情況下外排廢水水質(zhì)的預(yù)測(cè)結(jié)果分別予以計(jì)算。其中，混合模式中河流現(xiàn)狀污染物濃度、流量、流速等參數(shù)采用現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)點(diǎn)的現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3.5.1 正常情況下擬建工程外排水對(duì)地表水質(zhì)量影響預(yù)測(cè)

根據(jù)表1中地表水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)的結(jié)果，并結(jié)合公式（3）、（4）得出正常情況下擬建工程廢水排放對(duì)地表水影響預(yù)測(cè)結(jié)果，詳見(jiàn)表4。

表4 正常情況下擬建工程廢水排放對(duì)地表水影響預(yù)測(cè)結(jié)果

由表4可見(jiàn)，擬建工程正常運(yùn)營(yíng)情況下外排水對(duì)瀛汶河B、C斷面水質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一定污染影響，但地表水仍然能夠達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。污水處理廠正常運(yùn)營(yíng)期間對(duì)地表水CODCr、氨氮的貢獻(xiàn)值較高，因?yàn)樗侵饕蝈牒优潘奈廴驹?，污染物總排放量較大，但在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)污染物進(jìn)行預(yù)測(cè)結(jié)果表明，在污水處理廠正常運(yùn)營(yíng)情況下，在B、C斷面水質(zhì)能夠達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，符合環(huán)保預(yù)期要求，因此本項(xiàng)目建成后，周邊地區(qū)的廢水進(jìn)入污水處理廠集中處理，可以促進(jìn)瀛汶河水質(zhì)的改善。

3.5.2 非正常情況下擬建工程外排廢水對(duì)地表水預(yù)測(cè)影響

表5 非正常情況下擬建工程廢水排放對(duì)地表水影響預(yù)測(cè)結(jié)果

由表5可見(jiàn)，擬建工程在非正常運(yùn)營(yíng)情況下外排水將嚴(yán)重污染瀛汶河水質(zhì)，COD濃度在B、C斷面分別上升了173.26mg/L和162.21mg/L，都未達(dá)標(biāo)；氨氮濃度在B、C斷面分別上升了5.286mg/L和4.952mg/L，也未達(dá)標(biāo)。因此，應(yīng)嚴(yán)格加強(qiáng)污水處理廠的管理和監(jiān)督機(jī)制，確保污水處理設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如發(fā)現(xiàn)生物未馴化成功或活性污泥失去其活性氧化功能或其他的情況，應(yīng)立即采取有效措施，盡量杜絕非正常情況的發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）工程建成投產(chǎn)后，擬建工程正常情況下外排水將對(duì)瀛汶河水質(zhì)起到改善作用，通過(guò)本項(xiàng)目的建設(shè)，有利于瀛汶河的水質(zhì)改善。污水處理廠建成后能夠消減該地區(qū)污染物排放總量，能夠保證瀛汶河長(zhǎng)期穩(wěn)定地達(dá)到功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，本項(xiàng)目在嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)環(huán)保措施的基礎(chǔ)上，是基本可行的。

（2）工程建成投產(chǎn)后，在非正常排放情況下，下游1.5km斷面范圍內(nèi)預(yù)測(cè)濃度將出現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象。因此，本工程應(yīng)嚴(yán)格生產(chǎn)管理，確保各污水處理設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)，盡量減少或杜絕非正常情況的發(fā)生。

綜上所述，本工程在嚴(yán)格管理，落實(shí)各項(xiàng)環(huán)保措施，確保生活污水進(jìn)入泰安經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠，在污水處理廠正常運(yùn)行的情況下，從地表水環(huán)境影響角度考慮，本項(xiàng)目的建設(shè)是可行的。

［1］環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心.環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)方法［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2009.

［2］蔡瑞，黃芳.對(duì)大氣地表水和生態(tài)環(huán)評(píng)技術(shù)導(dǎo)則要點(diǎn)的分析與歸納［J］.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2009，29（2）：66～68.

［3］GB3838—2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］GB18918—2002，城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］HJ/T2.3—1993，環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則—地面水環(huán)境［S］.

［6］蔡瑞，黃芳.對(duì)大氣地表水和生態(tài)環(huán)評(píng)技術(shù)導(dǎo)則要點(diǎn)的分析與歸納［J］.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2009，29（2）：66～68.

［7］郭儒，李宇斌，富國(guó).河流中污染物衰減系數(shù)影響因素分析［J］.氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2008，24（1）：57－59.

［8］劉子國(guó)，張杰，武淑文.建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)中易被忽視的幾個(gè)細(xì)節(jié)［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2008，33（11）：179－181.