城市污水處理廠排水對水功能區(qū)的影響分析

尤 賓 張文龍

一、概況

1.新縣基本情況

新縣位于北緯31°28'～31°46'，東經(jīng) 114°33'～115°12'之間，處河南省南端，大別山腹地，鄂豫皖三省六縣結(jié)合部，跨長江、淮河兩大流域，境域東西長61.6km，南北寬40.7 km。境內(nèi)有長江、淮河兩大流域六大水系，流域面積1574km2。

2.新縣污水處理廠情況

新縣污水處理廠位于新縣城區(qū)北部，潢河西岸，潢河北路以東，方灣村以北，白果樹村以南。處理規(guī)模為2.5萬t/d，污水處理工藝采用改良型氧化溝法。設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)：化學(xué)需氧量（CODcr）300mg/L，五日生化需氧量150mg/L，懸浮物 180mg/L，氨氮32mg/L，總磷 3mg/L，pH6～9。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)：設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中規(guī)定的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)需氧量（CODcr）≤60mg/L，五日生化需氧量≤20mg/L，懸浮物≤20mg/L，氨 氮≤8mg/L，總磷≤1.5mg/L。退水去向?yàn)殇旰印?/p>

二、所在水功能區(qū)情況

依據(jù)《河南省水功能區(qū)劃報(bào)告》（2003），潢河新縣段涉及兩個(gè)一級(jí)水功能區(qū)：潢河新縣連康山自然保護(hù)區(qū)和潢河潢川開發(fā)利用區(qū)。新縣污水處理廠位于一級(jí)水功能區(qū)潢河潢川開發(fā)利用區(qū)中的二級(jí)水功能區(qū)潢河光山過渡區(qū)（長度20km，水質(zhì)目標(biāo)三類）。在潢河光山過渡區(qū)的上下游區(qū)是二級(jí)水功能區(qū)潢河新縣排污控制區(qū)和潢河光山飲用水源區(qū)（長度25km，水質(zhì)目標(biāo)三類）。

三、污水廠排水對水功能區(qū)水質(zhì)及水生態(tài)影響分析

1.影響范圍

新縣污水處理廠在潢河新縣段設(shè)置入河排污口，尾水直接進(jìn)入潢河光山過渡區(qū)，納污河段為潢河光山過渡區(qū)。

污水廠排水影響范圍為新縣污水處理廠入河排污口～光山縣龍山樞紐，約45km，包括潢河光山過渡區(qū)、潢河光山飲用水水源區(qū)。

2.計(jì)算條件

（1）水質(zhì)初始濃度值Co：根據(jù)上一個(gè)水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值來確定Co，即上一個(gè)水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值就是下一個(gè)水功能區(qū)的初始濃度值Co。計(jì)算單元初始濃度值按“Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)值”作為初始濃度，見表1。

表1 潢河新縣段計(jì)算單元水質(zhì)初始濃度值表

（2）水質(zhì)目標(biāo)值濃度 Cs：按“Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)值”作為目標(biāo)濃度，同表1。

（3）設(shè)計(jì)流量。選取新縣水文站2001～2015年共15年最枯月平均流量資料作為計(jì)算系列，經(jīng)計(jì)算，新縣水文站滿足90%保證率最枯月平均流量為1.25m3/s，平均流速為0.10m/s。

3.對水功能區(qū)水質(zhì)影響分析

（1）采用河流完全混合模式方法計(jì)算

河段的污染物濃度按下式計(jì)算：

式中：C—污染物濃度，mg/L；

Cp—排放的廢污水污染物濃度，mg/L；

Co—初始斷面的污染物濃度，mg/L；

Qp—廢污水排放流量，m3/s；

Q—初始斷面的入流流量，m3/s。

1）設(shè)計(jì)水文條件下

根據(jù)河流上斷面（初始濃度值Co）和入河排污口出水設(shè)計(jì)值，以CODcr、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，計(jì)算結(jié)果：90%保證率下，水體水質(zhì)CODcr含量為27.5mg/L，混合后略高于該水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)三類標(biāo)準(zhǔn)；氨氮含量為2.31mg/L，混合后高于該水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)三類，見表2。

表2 設(shè)計(jì)水文條件下使用完全混合模式預(yù)測排水對水體水質(zhì)的影響分析表

2）上游來水現(xiàn)狀條件及污水處理廠設(shè)計(jì)條件下

選取2017年1～6月，河南省水環(huán)境監(jiān)測中心信陽分中心在新縣污水處理廠排污口上游“新縣水文站斷面下游3km”斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)平均值作為背景濃度值。

入河排污口采用污水處理廠出口設(shè)計(jì)值。

根據(jù)上游來水實(shí)測結(jié)果，以CODcr、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，CODcr含量為18.9mg/L，混合后低于該水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)三類；氨氮含量為1.47mg/L，比上游來水略有上升，混合后高于功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)三類，見表3。

表3 現(xiàn)狀條件下使用完全混合模式預(yù)測排水對水體水質(zhì)的影響分析表

通過設(shè)計(jì)水文條件下和現(xiàn)狀條件下預(yù)測結(jié)果的對比分析：90%保證率設(shè)計(jì)水文條件下，CODcr略高于水質(zhì)目標(biāo)值，氨氮含量高于水質(zhì)目標(biāo)值。

現(xiàn)狀條件下，上游來水CODcr、氨氮含量均低于污水處理廠排放濃度，上游來水對污水處理廠排放的退水污染物濃度有一定的稀釋能力，CODcr低于該功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)，混合后的氨氮仍高于該功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)。

（2）污水排放對水功能區(qū)水質(zhì)影響預(yù)測

1）計(jì)算模型

采用一維水質(zhì)模型。污染物沿程濃度計(jì)算公式如下：

C=Coexp（-kx/u）

式中：

C—出流污染物濃度，mg/L；

x—與起始斷面間的距離，km；

u—設(shè)計(jì)條件下河段平均流速，m/s；

Co—起始斷面污染物濃度，mg/L；

k—污染物綜合衰減系數(shù)，1/d。

2）參數(shù)確定

①斷面平均流速

90%保證率設(shè)計(jì)條件下，忽略完全混合距離，斷面平均流速為0.10m/s，污水廠入河排污口至河南光山潑河口距離為16km。

現(xiàn)狀條件下，忽略完全混合距離，斷面平均流速為0.12m/s，污水廠入河排污口至河南光山潑河口距離為16km。

②Co

起始斷面污染物濃度，mg/L。

③綜合衰減系數(shù)

污染物綜合衰減系數(shù)k值采用《淮河流域及山東半島水資源保護(hù)規(guī)劃》分析成果，即：

化學(xué)需氧量（CODcr）

k=0.050+0.68u

氨氮（NH4+-N）

k=0.061+0.55lu

式中：u—計(jì)算單元設(shè)計(jì)流速，m/s；

k—綜合衰減系數(shù)，L/d。

計(jì)算可得：90%保證率設(shè)計(jì)條件下，化學(xué)需氧量（CODcr）綜合衰減系數(shù)為 0.118（L/d）；氨氮（NH4+-N）綜合衰減系數(shù)為 0.116（L/d）。

現(xiàn)狀條件下，化學(xué)需氧量綜合衰減系數(shù)為 0.132（L/d），氨氮綜合衰減系數(shù)為 0.127（L/d）。

3）計(jì)算結(jié)果

①設(shè)計(jì)條件下

90%保證率設(shè)計(jì)條件下，完全混合后污染物到達(dá)該功能區(qū)下斷面（光山潑河口）CODcr值為 22.1mg/L，不達(dá)標(biāo)，影響范圍為入河排污口以下23.317km；氨氮值為1.86mg/L，不達(dá)標(biāo)，影響范圍為入河排污口以下62.361km。

②現(xiàn)狀條件下

現(xiàn)狀條件下，完全混合后污染物到達(dá)該功能區(qū)下斷面（光山潑河口）CODcr值為15.4mg/L，達(dá)標(biāo)，由于完全混合后達(dá)標(biāo)，故影響范圍為入河排污口以下0km；氨氮值為1.21mg/L，不達(dá)標(biāo)，影響范圍為入河排污口以下31.452km。

（3）出水口排放濃度控制

由以上分析可知，現(xiàn)狀條件下CODcr在該功能區(qū)下斷面（光山潑河口）均能夠達(dá)標(biāo)，故不再驗(yàn)算其出水口控制值。

在設(shè)計(jì)水量不變的前提下，其他條件下需要降低氨氮和CODcr的實(shí)際排放濃度，提高出水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，才能滿足下該水功能區(qū)下斷面氨氮上限濃度值 （1.0mg/L） 和 CODcr上限濃度值（20mg/L）的要求。

1）90%保證率設(shè)計(jì)條件下

按公式推斷CODcr出水口的排放濃度應(yīng)該為≤45.5mg/L。

按公式推斷氨氮出水口的排放濃度應(yīng)該為≤2.28mg/L。

2）現(xiàn)狀條件下

按公式推斷氨氮出水口的排放濃度應(yīng)該為≤5.18mg/L。

4.對水生態(tài)的影響分析

在設(shè)計(jì)水量不變的前提下，需要降低氨氮實(shí)際排放濃度，提高出水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),污水經(jīng)混合消減后，該水功能區(qū)下斷面水質(zhì)目標(biāo)可以達(dá)到Ⅲ類。排污口附近水生生物種群結(jié)構(gòu)可能因水質(zhì)影響發(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(hù)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(huì)對水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生明顯影響。

5.對地下水影響的分析

新縣污水處理廠建設(shè)前，區(qū)域部分溝渠、管道雨污未經(jīng)分流，也未做防滲處理，下滲至地下造成淺層地下水污染，同時(shí)污水蒸發(fā)會(huì)造成周邊空氣環(huán)境質(zhì)量下降。新縣縣城污水處理廠建設(shè)運(yùn)行對區(qū)域污廢水進(jìn)行收集處理，所排污水的水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中規(guī)定的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，無疑對下游區(qū)域地下水及潢河水質(zhì)整體改善具有積極意義。

6.對第三者影響分析

新縣污水處理廠入河排污口排水主要對其下游潛在的灌溉取用水戶聯(lián)系比較密切。依據(jù)《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-2005），對比新縣污水處理廠設(shè)計(jì)出水水質(zhì)，COD、懸浮物、五日生化需氧量均低于《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)值。該廠入河排污口排入潢河的退水不會(huì)對該水功能區(qū)農(nóng)田灌溉產(chǎn)生不利影響，故該入河排污口所排廢污水對第三方取水用戶影響較小■