入河排污口對水功能區(qū)水質(zhì)影響分析

佟陸萍

(遼寧省葠窩水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧 遼陽 111000)

新蒲經(jīng)濟開發(fā)區(qū)位于新蒲新區(qū)蝦子鎮(zhèn)北部，遵義市中心城區(qū)東部方向，由于現(xiàn)有自然排水無法保證開發(fā)區(qū)的建設(shè)，必須建設(shè)科學(xué)合理的區(qū)域排水體系，避免對河流水系的污染。開發(fā)區(qū)的水污染處理體系尚未建成，距離最近的蝦子鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模較小、距離較遠，難以利用。為此亟需建設(shè)新的污水處理廠解決污水直排的問題。擬建的官倉污水處理廠排污口位于新蒲經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，距離湘江大橋過渡區(qū)約150m，近期進水以生活污水為主，日處理規(guī)模2萬m3/d，污水經(jīng)過處理達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級A標(biāo)準(zhǔn)后排入湘江大橋過渡區(qū)，排污口所在湘江大橋過渡區(qū)為Ⅲ類水體。

本文在滿足水功能區(qū)保護要求的前提下，分析入河排污口對水功能區(qū)水質(zhì)的影響，為各級水行政主管部門審批入河排污口以及建設(shè)單位合理設(shè)置入河排污口提供科學(xué)依據(jù)。

1 水質(zhì)現(xiàn)狀

官倉污水處理廠污水排放河流為湘江，所在湘江大橋過渡區(qū)的現(xiàn)狀服務(wù)功能為農(nóng)灌，水功能區(qū)執(zhí)行GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)。為了解排污河流的水質(zhì)現(xiàn)狀，在排污口上游200m與下游500m個設(shè)置監(jiān)測斷面進行監(jiān)測，監(jiān)測斷面分別為W1、W2。W2斷面的懸浮物不能滿足GB 3838—2002中的2級標(biāo)準(zhǔn)，其余監(jiān)測斷面中各監(jiān)測指標(biāo)均滿足GB 3838—2002中Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，說明區(qū)域水質(zhì)現(xiàn)狀較好。水質(zhì)現(xiàn)狀情況見表1。

根據(jù)制定的水域限制排污總量成果，水域限制排污總量COD為649.57t/a，氨氮為49.48t/a。河段以地表水Ⅲ類水質(zhì)為控制目標(biāo)，污染物指標(biāo)COD、NH3-N的現(xiàn)狀排放量遠遠小于其納污能力，尚有剩余納污能力，表現(xiàn)在河段現(xiàn)狀水質(zhì)上，單項因子COD常年處于GB 3838—2002中的Ⅲ類水水平內(nèi)，濃度低于Ⅲ類水的最高限值20mg/L；單項因子NH3-N常年處于GB 3838—2002中的Ⅲ類水水平內(nèi)，濃度低于Ⅲ類水的最高限值1mg/L，水質(zhì)狀況較好。

2 水功能區(qū)水質(zhì)濃度計算

2.1 影響范圍

根據(jù)水功能區(qū)水質(zhì)要求，采用數(shù)學(xué)模型預(yù)測污水排放對流域水質(zhì)的影響，根據(jù)官倉污水處理廠入河排污口排水的主要污染物特征，選取COD、氨氮作為預(yù)測指標(biāo)。排污口初步擬定影響范圍為排污口斷面至下游匯入伏流河處，河長1.5km。

2.2 數(shù)學(xué)模型

天然河流的流場計算較復(fù)雜，選擇適當(dāng)?shù)挠嬎隳Ｐ蛯τ谧罱K結(jié)果特別重要[1- 3]。本次分析采用一維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，對研究河段內(nèi)的污染物影響范圍進行模擬分析。模型方程為[4- 6]：

表1 湘江大橋過渡區(qū)地表水水質(zhì)現(xiàn)狀

(1)

當(dāng)濃度達到穩(wěn)態(tài)平衡，不再隨時間變化，即dc/dt=0，可得：

(2)

如果不考慮彌散作用，則簡化為：

(3)

2.3 預(yù)測參數(shù)確定

2.3.1 預(yù)測點與排放口的距離

排污口初步擬定影響范圍為排污口斷面至湘江大橋過渡區(qū)匯入伏流河處，河長1.5km，故預(yù)測點離排放口的距離為1.5km。

2.3.2河流縱向混合(彌散)系數(shù)Mx

根據(jù)排污口所在河流實際情況，河流縱向混合(彌散)系數(shù)采用愛爾德(Elder)法求得[7]。愛爾德(Elder)法見下式[8]：

Mx=αH(gHI)1/2

(4)

式中,H—平均水深，2.2m；I—水力坡降，5.92‰；g—重力加速度，取9.80m/s2；α—經(jīng)驗系數(shù)，取5.93。

經(jīng)計算，本次河流縱向混合(彌散)系數(shù)Mx￣取4.6608m2/s。

2.3.3 湘江大橋過渡區(qū)預(yù)測因子本底值

取湘江大橋過渡區(qū)排污口斷面的監(jiān)測結(jié)果作為本次預(yù)測的本底值，COD取8mg/L；氨氮取0.086mg/L。

2.3.4 河流中污染物降解速率K

本次污染物降解速率K采取GB/T 25173—2010《水域納污能力計算規(guī)章》中的懷特經(jīng)驗公式進行計算，計算公式如下[9- 10]：

K=10.3Q-0.49

(5)

式中，Q—河流流量，m2/s，本次取1.485m3/s。

通過計算可知，湘江大橋過渡區(qū)的污染物降解速率K為8.49。

2.3.5 河流流量、流速

設(shè)計流量取90%最枯月平均流量，為1.485m3/s。水流的縱向流速為0.25m/s。

2.3.6 廢污水中污染物濃度、污水排放流量

經(jīng)處理后的廢污水中COD為50mg/L、氨氮為5mg/L。未經(jīng)處理的廢污水中COD為350mg/L、氨氮為30mg/L。排入湘江大橋過渡區(qū)廢污水排放流量Qp為0.2315m3/s。

2.4 預(yù)測內(nèi)容

官倉污水處理廠排放的尾水為20000m3/d。根據(jù)污水處理進出口水量和水質(zhì)情況分析，計算得污染物排放情況見表2。

表2 污水排放口尾水排放情況表

2.5 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

評價河段執(zhí)行GB 3838—2002中規(guī)定的Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，即COD≤20mg/L，氨氮≤1mg/L

3 結(jié)果分析

3.1 預(yù)測結(jié)果

新蒲經(jīng)濟開發(fā)區(qū)官倉污水處理廠入河排污口設(shè)置后，排污對湘江大橋過渡區(qū)的COD、氨氮濃度預(yù)測結(jié)果見表3,如圖1—2所示。

表3 一維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型預(yù)測成果表

圖1 COD預(yù)測濃度與距離關(guān)系圖

圖2 NH3-N預(yù)測濃度與距離關(guān)系圖

由表3知，在正常情況下，近期2020年項目外排廢水進入湘江大橋過渡區(qū)后，從排污口至下游1.5km區(qū)間，在P=90%最小月的COD和氨氮預(yù)測濃度均達GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。且水質(zhì)濃度變化不大，在匯口處近期COD濃度由原來的8mg/L增加到13.611mg/L。氨氮濃度由原來的0.086mg/L增加到0.7458mg/L。

在事故排放(非正常排放)情況下，近期項目外排廢水進入湘江大橋過渡區(qū)后，從排污口至下游1.5km區(qū)間，在P=90%最小月的COD和氨氮預(yù)測濃度均不能滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 正常排放對湘江大橋過渡區(qū)水質(zhì)的影響分析

新蒲經(jīng)濟開發(fā)區(qū)官倉污水處理廠工程建成運行后，區(qū)域的污水必須經(jīng)過生活污水處理廠處理后才能排放，杜絕區(qū)域內(nèi)的污水直接排入湘江大橋過渡區(qū)，新蒲經(jīng)濟開發(fā)區(qū)官倉污水處理廠工程的建設(shè)減輕了污水直接排放對湘江大橋過渡區(qū)的水質(zhì)影響作用。污水處理廠運行后，對排入湘江大橋過渡區(qū)近期COD削減量為2190t/a，NH3-N削減量為182.5t/a，且污水正常排放情況下，不會改變湘江大橋過渡區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)。

3.3 事故性排放對湘江大橋過渡區(qū)水質(zhì)的影響分析

污水處理廠在運行過程中，如果遇到設(shè)備故障或停電等突發(fā)事故，污水未得到處理，直接排入湘江大橋過渡區(qū)，這種集中式排放，對湘江大橋過渡區(qū)的影響不大，但本評價故事故性排放必須杜絕，項目的設(shè)備要做到一備一用，供電必須雙線路，保證污水處理廠正常運行。在非正常排放情況下，項目的排污量嚴(yán)重影響湘江大橋過渡區(qū)水質(zhì)，因此必須杜絕污水事故排放。

3.4 對水功能區(qū)納污能力影響分析

官倉污水處理廠工程入河排污口設(shè)置后，按已確定的設(shè)計排放規(guī)模項目排入湘江大橋過渡區(qū)的污水量為近期2020年20000m3/d，根據(jù)出水水質(zhì)濃度，計算得排入湘江大橋過渡區(qū)的COD排放量為近期365t/a，氨氮排放量為36.5t/a。由表4可知，入河排污口設(shè)置后排放COD和氨氮的量符合河段納污能力的要求。

表4 河段的負(fù)荷排放情況表

4 結(jié)語

通過官倉污水處理廠入河排污口對水功能區(qū)水質(zhì)影響分析，預(yù)測計算的水質(zhì)影響范圍與實際基本符合，說明本次選擇的一維水質(zhì)模型是合理可行的，該模型能較好的預(yù)測污染物混合后的距離和濃度的關(guān)系，可為入河排污口設(shè)置對河流水質(zhì)影響程度與范圍、納污能力影響等提供參考與借鑒。但在運行中，還需要對入河排污口排水進行定期與不定期監(jiān)測，加強排污監(jiān)測監(jiān)督體系，尤其是發(fā)生非正常排放情況時，高濃度的污水將有可能排入水體，對水環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響，應(yīng)建立水質(zhì)安全保障應(yīng)急預(yù)案，以保障污水在進入湘江大橋過渡區(qū)之前進行有效控制。