安陽河入河排污口設(shè)置對水功能區(qū)水質(zhì)影響分析

趙嵩林

（河南省安陽水文水資源勘測局，河南安陽455000）

安陽河入河排污口設(shè)置對水功能區(qū)水質(zhì)影響分析

趙嵩林

（河南省安陽水文水資源勘測局，河南安陽455000）

以洹北污水處理廠為例，通過對入河污染物量進行分析得出主要污染物排放量，采用河流完全混合模式方法計算、預(yù)測該項目排水對水體水質(zhì)的影響，采用水質(zhì)模型對污水排放對水功能區(qū)水質(zhì)影響范圍（長度）進行預(yù)測，根據(jù)該河段水功能區(qū)納污能力和實際入河污染物量進行比較，以判斷該入河排污口設(shè)置是否合理。

入河排污口設(shè)置；水功能區(qū)；水質(zhì)影響

1 引言

通過分析安陽市洹北污水處理廠入河排污口有關(guān)信息，論證入河排污口的設(shè)置對水功能區(qū)水質(zhì)的影響，根據(jù)納污能力、排污總量控制、水生態(tài)保護等要求，提出水資源保護措施，優(yōu)化入河排污口設(shè)置方案，以保障安陽市生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水安全。

2 項目概況

安陽市洹北污水處理廠建設(shè)地點位于安陽市安陽河以北、光明路以東、同興路以北、京珠高速公路以西；近期建設(shè)污水處理規(guī)模為5萬t/d，遠期建設(shè)規(guī)模為10萬t/d；污水處理采用改良型A2/O工藝，工程占地規(guī)模58 300 m2；出水標準執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中規(guī)定的一級A標準，退水去向為安陽河。

3 入河排污口

該廠入河排污口位于安陽市京珠高速公路橋下游0.365 km處，地理位置為東經(jīng)114.4093°、北緯36.1294°，管底高程66.95 m。

該廠屬于混合式連續(xù)型入河排污口，采用管道方式排放，排水主要是經(jīng)該廠處理過的生產(chǎn)和生活污水。

4 排入水體概況

安陽河發(fā)源于林州市黃花寺，自西向東穿安陽市區(qū)而過，在內(nèi)黃縣李大晁入衛(wèi)河，全長164 km，流域面積1 920 km2。安陽市區(qū)段河長26.8 km，據(jù)安陽水文站長期觀測資料統(tǒng)計，最大流量2 060 m3/s（1982年8月2日），最小流量0.29 m3/s（1982年7月8日），多年平均流量10.73 m3/s。

依據(jù)《河南省水功能區(qū)劃報告》（2003年），“安陽河北士旺公路橋至曹馬橋上”一級區(qū)劃屬于安陽河安陽市開發(fā)利用區(qū)，二級區(qū)劃為安陽河安陽市排污控制區(qū)，規(guī)劃水質(zhì)目標為Ⅳ類；“安陽河曹馬橋上至入衛(wèi)河口”一級區(qū)劃屬于安陽河安陽市開發(fā)利用區(qū)，二級區(qū)劃為安陽河安陽市農(nóng)業(yè)用水區(qū)，規(guī)劃水質(zhì)目標為Ⅳ類。

綜合分析近3 a來水質(zhì)監(jiān)測資料，2012—2014年安陽河市區(qū)段水質(zhì)類別為Ⅴ類及劣Ⅴ類，排名前三位的主要超標項目是氨氮、氟化物、化學(xué)需氧量。

5 對水功能區(qū)水質(zhì)影響分析

5.1 廢污水主要來源分析

廢污水主要來源于廠內(nèi)少量生活污水，構(gòu)筑物及設(shè)備清洗水，深度處理產(chǎn)生的沉淀池排溺水，濾池沖洗水污泥脫水間產(chǎn)生的壓濾廢水、沖洗廢水和澄清廢水等。這部分廢水可通過廠內(nèi)污水管道進入污水處理設(shè)施，隨工程廢水處理達標后排放。

5.2 入河污染物量分析

該廠采用改良型A2/O法二級生物處理工藝，對接納的廢污水進行處理。設(shè)計出水水質(zhì)為：化學(xué)需氧量小于50 mg/L，五日生化需氧量小于10 mg/L，懸浮物小于10 mg/L，總氮小于15 mg/L，氨氮小于5 mg/L（水溫小于12℃時控制指標為8 mg/L），總磷小于0.5 mg/L。

根據(jù)安陽市環(huán)境科學(xué)研究所完成的《安陽市洹北污水處理廠工程（建設(shè)項目環(huán)境影響報告表）》，該廠所排廢污水出水標準執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中規(guī)定的一級A標準，該河段區(qū)域現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅴ類。該廠外排水量為5萬t/d（即0.58 m3/s），相對于安陽河按75%保證率下設(shè)計水文條件（設(shè)計流量為1.64 m3/s），流量較小。

根據(jù)污廢水流量及出水水質(zhì)污染物濃度，按以下原則計算入河污染物量。單個入河排污口每年入河排污量，按照日入河排污量乘以年入河排污天數(shù)計算。

廢污水年排放量按下式計算：

式中：Qa為廢水年排放量（t）；Qd為每日入河污水量（t）；T為廢水1 a的排放天數(shù)（d）。

污染物年排放量按下式計算：

式中：Gn為廢水中某污染物年排放量（t）；Gi為廢水中某污染物日排放量（t）；T為廢水中某污染物1 a的排放天數(shù)（d）。

混合及生活污水的入河排污口污水排放天數(shù)一般按每年365 d計算，工業(yè)入河排污口污水排放天數(shù)按每年調(diào)查排放天數(shù)計算，一般行業(yè)污水排放天數(shù)按每年330 d計算，特殊行業(yè)按實際調(diào)查結(jié)果計算。經(jīng)計算，該廠實際污染物排放總量見表1。

表1 近期主要污染物排放量

5.3 對水質(zhì)影響預(yù)測分析

5.3.1 采用河流完全混合模式方法計算

該方法適用于污染物均勻混合的小型河段。河段的污染物濃度按下式計算：

式中：C為污染物濃度（mg/L）；Cp為排放的廢污水中污染物濃度（mg/L）；C0為初始斷面的污染物濃度（mg/L）；Qp為廢污水排放流量（m3/s）；Q為初始斷面的入流流量（m3/s）。

（1）設(shè)計水質(zhì)目標條件下。①按75%保證率最枯月平均流量：根據(jù)河流背景斷面和入河排污口水質(zhì)設(shè)計結(jié)果，以COD、氨氮作為預(yù)測因子，采用河流完全混合模式預(yù)測排污口正常排水量下河流水質(zhì)。經(jīng)計算，當(dāng)污染物在斷面均勻混合后，水體中COD略有上升，含量為27.8 mg/L，小于標準限值30 mg/L，仍為Ⅳ類；氨氮上升幅度較大，為Ⅴ類。具體情況，見表2。②按90%保證率最枯月平均流量：根據(jù)河流背景斷面和入河排污口水質(zhì)設(shè)計結(jié)果，以COD、氨氮作為預(yù)測因子，采用河流完全混合模式預(yù)測排污口正常排水量下河流水質(zhì)。經(jīng)計算，當(dāng)污染物在斷面均勻混合后，水體中COD略有上升，含量為29.5 mg/L，小于標準限值30 mg/L，仍為Ⅳ類；氨氮上升幅度較大，為Ⅴ類。具體情況，見表3。

表2 設(shè)計條件下按75%保證率采用完全混合模式預(yù)測該項目排水對水體水質(zhì)的影響分析結(jié)果

表3 設(shè)計條件下按90%保證率采用完全混合模式預(yù)測該項目排水對水體水質(zhì)的影響分析結(jié)果

（2）現(xiàn)狀水質(zhì)條件下。①按75%保證率最枯月平均流量：根據(jù)安陽水文站和入河排污口水質(zhì)設(shè)計結(jié)果，以COD、氨氮作為預(yù)測因子，采用河流完全混合模式預(yù)測排污口正常排水量下河流水質(zhì)，當(dāng)污染物在斷面均勻混合后，水體中COD略有上升，含量為39.1 mg/L，混合后仍為Ⅴ類；氨氮含量為2.54 mg/L，上升幅度較大，混合后為Ⅴ類。具體情況，見表4。②按90%保證率最枯月平均流量：根據(jù)安陽水文站和入河排污口水質(zhì)設(shè)計結(jié)果，以COD、氨氮作為預(yù)測因子，采用河流完全混合模式預(yù)測排污口正常排水量下河流水質(zhì)，當(dāng)污染物在斷面均勻混合后，水體中COD略有上升，含量為39.9 mg/L，混合后仍為Ⅴ類；氨氮含量為2.71 mg/L，上升幅度較大，混合后為Ⅴ類。具體情況，見表5。

表4 現(xiàn)狀條件下按75%保證率采用完全混合模式預(yù)測該項目排水對水體水質(zhì)的影響分析結(jié)果

表5 現(xiàn)狀條件下按90%保證率采用完全混合模式預(yù)測該項目排水對水體水質(zhì)的影響分析結(jié)果

通過設(shè)計條件下在75%和90%保證率最枯月平均流量的預(yù)測結(jié)果的對比分析，污水處理廠建成后，雖然水體中COD略有上升，但含量小于標準限值30 mg/L，仍為Ⅳ類，達到了水質(zhì)目標值；氨氮雖然為Ⅴ類，未達到水質(zhì)目標值，但依舊達到了對污染物消減的目的。

5.3.2 污水排放對水功能區(qū)水質(zhì)影響預(yù)測

（1）計算模型。采用一維水質(zhì)模型，污染物沿程濃度計算公式為：

式中：Cx為流經(jīng)x距離后的污染物濃度（mg/L）；x為沿河段的縱向距離（m）；u為設(shè)計條件下河段平均流速（m/s）；C0為起始斷面污染物濃度（mg/L）；k為污染物綜合衰減系數(shù)（1/d）。

（2）參數(shù)確定。①采用安陽水文站設(shè)計流量結(jié)果[詳見《安陽河、洪河、茶點河（市區(qū)段）納污能力計算報告》（2012）]，過水?dāng)嗝娌捎谩栋碴柺谐鞘蟹篮榕艥骋?guī)劃》（2011—2020年）河道設(shè)計方案參數(shù)。滿足75%保證率最枯月平均流量為1.64 m3/s，計算過水?dāng)嗝婷娣e可得斷面平均流速為0.035 m/s；滿足90%保證率最枯月平均流量為1.26 m3/s，計算過水?dāng)嗝婷娣e可得斷面平均流速為0.026 m/s。②C0為起始斷面污染物濃度（mg/L），采用河流完全混合模式方法計算，COD設(shè)計條件下按75%、90%保證率不超標，故不再計算，只計算現(xiàn)狀條件下按75%、90%保證率的結(jié)果，COD值分別為39.1、39.9 mg/L；氨氮設(shè)計條件下按75%、90%保證率的值分別為2.05、2.26 mg/L，現(xiàn)狀條件下按75%、90%保證率的值分別為2.54、2.71 mg/L。③污染物綜合衰減系數(shù)k值按《河南省重要河湖水功能區(qū)納污能力核定和分階段限制排污總量控制方案實施細則》（河南省水文水資源局，2012年）要求采用《淮河流域及山東半島水資源保護規(guī)劃》分析成果。COD綜合衰減系數(shù)計算公式為：

氨氮綜合衰減系數(shù)計算公式為：

式中：u為計算單元設(shè)計流速（m/s）。

經(jīng)計算，可得滿足75%保證率條件下COD綜合衰減系數(shù)為0.074（1/d），氨氮綜合衰減系數(shù)為0.080（1/d）；滿足90%保證率條件下化學(xué)需氧量綜合衰減系數(shù)為0.068（1/d），氨氮綜合衰減系數(shù)為0.075（1/d）。

（3）計算結(jié)果。①滿足75%保證率條件：完全混合后現(xiàn)狀條件下污染物COD值為39.1 mg/L，至下游10.82km處為30.0mg/L；完全混合后設(shè)計條件下污染物氨氮值為2.05 mg/L，至下游11.80 km處為1.5 mg/L；完全混合后現(xiàn)狀條件下污染物氨氮值為2.54 mg/L，至下游19.9 km處為1.5 mg/L。②滿足90%保證率條件：完全混合后現(xiàn)狀條件下污染物COD值為39.9 mg/L，至下游9.42 km處為30.0 mg/L；完全混合后設(shè)計條件下污染物氨氮值為2.26 mg/L，至下游12.27 km處為1.5 mg/L；完全混合后現(xiàn)狀條件下污染物氨氮值為2.71mg/L，至下游17.72 km處為1.5 mg/L。計算結(jié)果，詳見表6。

表6 不同條件下污染物達標所需距離計算結(jié)果

綜上所述，設(shè)計條件下，滿足75%保證率，該入河排污口下游11.80 km處水體水質(zhì)可恢復(fù)為Ⅳ類；滿足90%保證率，該入河排污口下游12.27 km處水體水質(zhì)可恢復(fù)為Ⅳ類。現(xiàn)狀條件下，滿足75%保證率，該入河排污口下游19.9 km處水體水質(zhì)可恢復(fù)為Ⅳ類；滿足90%保證率，該入河排污口下游17.72 km處水體水質(zhì)可恢復(fù)為Ⅳ類；COD、氨氮值可實現(xiàn)雙達標。

5.4 與該河段水功能區(qū)納污能力比較

該入河排污口主要污染物排放量與該河段（安陽河安陽市排污控制區(qū)）水域納污能力比較，詳見表7。由表7可以看出，該入河排污口主要污染物COD、氨氮的入河量在該河段納污能力范圍內(nèi)。但由于洹北污水處理廠入河排污口位于安陽河安陽市排污控制區(qū)下游，所以上游來水雖然混合稀釋充分，但綜合衰減距離、時間較短，可能對下游部分河段產(chǎn)生一定不利影響。

表7 水功能區(qū)納污能力與主要污染物排放量對比

6 結(jié)論

（1）該廠屬于混合式連續(xù)型入河排污口，采用管道方式排放，排水主要是經(jīng)該廠處理過的生產(chǎn)和生活污水。經(jīng)測算，排放的廢污水量小于等于5.0萬m3/d，主要污染物排放量COD小于等于915 t/a、氨氮小于等于91.5 t/a。

（2）通過設(shè)計條件下和現(xiàn)狀條件下預(yù)測結(jié)果的對比分析，污水處理廠建成后，雖然水體中COD略有上升，但含量小于標準限值30 mg/L，仍為Ⅳ類，達到了水質(zhì)目標值；氨氮雖然為Ⅴ類，未達到水質(zhì)目標值，但仍然達到了對污染物消減的目的。通過對該入河排污口主要污染物排放量與該河段（安陽河安陽市排污控制區(qū)）水域納污能力比較，該入河排污口主要污染物COD、氨氮的入河量在該河段納污能力范圍內(nèi)。由于該入河排污口設(shè)置位于安陽河安陽市排污控制區(qū)下游，雖然有上游來水對其混合稀釋，但由于綜合衰減距離、時間都較短，可能對下游部分河段產(chǎn)生一定不利影響。

（3）設(shè)計水文條件下預(yù)測該入河排污口主要污染物COD、氨氮的入河量在河段納污能力范圍內(nèi)，沒有改變水功能區(qū)使用功能，正常排放的污水經(jīng)混合消減后水質(zhì)類別無明顯變化；排污口附近水生生物種群結(jié)構(gòu)可能發(fā)生一定變化，如清水種減少、耐污種增加。由于本河段不是自然保護區(qū)，也不是主要產(chǎn)魚區(qū)和產(chǎn)卵場，因此正常排放下不會對水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生明顯影響。

（4）該廠處理后的污水直接排入安陽河，入河排污口的設(shè)置主要對下游潛在的灌溉取用水戶聯(lián)系比較密切。該水域的主要功能為排污控制區(qū)向下一段農(nóng)業(yè)用水區(qū)過渡，現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅴ類。依據(jù)《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》（GB5084-2005），對比洹北污水處理廠設(shè)計出水水質(zhì)，COD、懸浮物、五日生化需氧量均低于項目標準值。該入河排污口排入安陽河的退水不會對該水功能區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)產(chǎn)生不利影響，故該入河排污口所排廢污水對第三方取用水戶影響較小。

（5）該廠入河排污口位置設(shè)于京珠高速以下0.365 km安陽河左岸（于曹閘下）的方案，可將原直、混排入安陽河于曹閘以上洹北區(qū)域廢污水進行收集并經(jīng)處理后排入安陽河于曹閘以下，既使得于曹閘以上城市河道景觀水面水質(zhì)進一步提升，又可使安陽河市區(qū)以下河段水質(zhì)整體得到改善。

通過以上論證分析，其入河排放主要污染物排放量符合相關(guān)規(guī)定要求，對水生態(tài)環(huán)境和第三者也不產(chǎn)生明顯不利影響。因此，該入河排污口位置設(shè)計基本合理。

[1]方子云.水資源保護工作手冊［M］.南京：河海大學(xué)出版社，1988.

[2]楊杰軍，王琳，王成見，等.中國北方河流環(huán)境容量核算方法研究[J].水利學(xué)報，2009，40（2）：194-200.

[3]王彥紅.水體納污能力計算中各參數(shù)的分析與確定［J］.山西水利科技.2007（2）：55-57.

TV213.4；X824

A

1004-7328（2017）04-0020-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.04.007

2017—04—25

趙嵩林（1970—），男，高級工程師，主要從事水文水資源勘測分析研究工作。