入河排污口對受納水功能區(qū)水質(zhì)影響分析

張 賀

(遼寧省葠窩水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧 遼陽 111000)

渾河是穿越沈陽市的主要河流，最終注入渤海灣，受渾河及其支流太子河的城市污水排放的影響，河流污染較重，主要接納了沈陽市、撫順市、鞍山市、本溪市、遼陽市、營口市等城市排放的污水[1]。雖然經(jīng)過多年的治理取得一定的效果，但是目前污染還是較重，溶解氧、CODcr、BOD5等污染綜合參數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)，受納水域的水質(zhì)狀況處于地表水Ⅳ～劣Ⅴ類水平。河流污染不僅給城區(qū)環(huán)境造成污染，而且污染沿河兩岸的地下水及地下水源，極大地制約了該區(qū)域內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為適應(yīng)沈陽市經(jīng)濟(jì)社會和城鎮(zhèn)發(fā)展的需要，為改善沈陽市整體水環(huán)境質(zhì)量，加快建設(shè)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施，提高污水的收集處理率，保護(hù)并改善城鎮(zhèn)水環(huán)境，建設(shè)污水處理廠已迫在眉睫。

沈陽市南部污水處理廠位于沈陽市渾河南岸400m處的蘇家屯區(qū)東謨家堡村，污水收集范圍為渾河南部截留污水系統(tǒng)剩余污水、于洪新城污水系統(tǒng)、長白地區(qū)污水系統(tǒng)、曹仲地區(qū)污水系統(tǒng)等，設(shè)計規(guī)模近期為60萬t/d，遠(yuǎn)期規(guī)模為80萬t/d，出水水質(zhì)按照一級A排放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。該污水處理廠的建設(shè)能夠有效解決區(qū)域城市廢污水直排，對渾河水質(zhì)具有一定的改善作用。

1 計算方法

1.1 計算模型

渾河大閘上橡膠壩下多年水面寬250m，多年平均流量15～150m3/s，屬于中型河段。污染物的混合輸移過程主要為沿程變化，在橫向斷面上的變化能在較短時間內(nèi)達(dá)到基本均勻混合，預(yù)測采用的模型為一維水質(zhì)模型[2]：

(1)

式中，C0i—排污口斷面的污染物濃度，mg/L；Cx—流經(jīng)x距離后的污染物濃度，mg/L；x—沿河段的縱向距離，m；u—設(shè)計流量下河道斷面的平均流速，m/s；k—污染物綜合衰減系數(shù)，1/s。

上式經(jīng)變換后可得如下計算式：

(2)

式中，C0i可采用完全混合模式計算，如下式[3]：

(3)

1.2 模型參數(shù)的確定

(1)污染物控制指標(biāo)

按照流域機(jī)構(gòu)和省水行政主管部門的要求，目前在計算納污能力時，COD和NH3-N作為污染物控制指標(biāo)。

(2)流速的確定

預(yù)測采用的水文條件為2017—2018年月平均流量，流速采用對應(yīng)的設(shè)計流速，根據(jù)實測流量-流速成果模擬。

(3)排污口斷面污染物濃度C0i的確定

采用式(3)計算，根據(jù)沈陽市南部污水處理廠近期處理規(guī)模達(dá)到60萬t/d，預(yù)測時采用近期尾水排放量60萬t/d，排放流量QP1=6.9m3/s，遠(yuǎn)期尾水排放量80萬t3/d，排放流量QP2=9.26m3/s。當(dāng)污水處理廠正常運行，尾水正常排放時尾水污染物指標(biāo)取一級A標(biāo)準(zhǔn)的出水水質(zhì)，COD為50mg/L，NH3-N為5.0mg/L；當(dāng)污水處理廠出現(xiàn)事故時，尾水排放污染物指標(biāo)取進(jìn)水水質(zhì)COD為340mg/L，NH3-N為30mg/L。

(4)綜合衰減系數(shù)k

根據(jù)沈陽站和金沙實測水質(zhì)、水量資料進(jìn)行水質(zhì)模擬計算，綜合衰減系數(shù)kCOD為0.3764 (1/d)，NH3-N的綜合衰減系數(shù)kNH3-N為0.4320 (1/d)。

2 預(yù)測結(jié)果與影響分析

2.1 渾河北岸沈陽南部余水全部處理

沈陽市南部污水處理廠建設(shè)運行投產(chǎn)后，沈水灣污水處理廠20萬t/d的尾水排入渾河上沙過渡區(qū)，沈陽市南部污水處理廠的尾水排入渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)，當(dāng)污水處理廠正常運行，渾河北岸沈陽南部余水全部處理達(dá)標(biāo)排放時，預(yù)測對渾河上沙過渡區(qū)和渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)的影響。

由圖1、圖2可知，渾河上沙過渡區(qū)水質(zhì)同現(xiàn)狀比較，明顯得到改善，COD和NH3-N濃度下降幅度分別為45.5%和79.9%。COD達(dá)到Ⅴ類以下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)率由76.2%下降至28.6%。氨氮達(dá)到Ⅴ類以下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)率由100%下降至10.0%。

由圖3、圖4可知，渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)同現(xiàn)狀比較，明顯得到改善，COD和NH3-N濃度下降幅度分別為33.0%和62.2%。COD達(dá)到劣Ⅴ類以下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)率由14.3%下降至9.5%。氨氮達(dá)到Ⅴ類以下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)率由15.0%下降至10.0%。

2.2 沈陽市南部污水處理廠運行60萬t/d

沈陽市南部污水處理廠建設(shè)運行投產(chǎn)后，沈水灣污水處理廠20萬t/d的尾水排入渾河上沙過渡區(qū)，沈陽市南部污水處理廠的60萬t/d尾水排入渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)，當(dāng)污水處理廠正常運行時，預(yù)測對渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)的影響。

渾河上沙、金沙水功能區(qū)的現(xiàn)狀污染年物排放量COD為68939t，氨氮為6126t，這當(dāng)中包括沈水灣污水處理廠的20萬t/d處理后的污染物。當(dāng)新建污水處理廠正常運行時，按照現(xiàn)狀南部污水截流剩余量52.61萬t/d預(yù)測，每年可以消減COD為55688t，氨氮4801t。

渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)同現(xiàn)狀比較，明顯得到改善，COD和NH3-N濃度下降幅度分別為20.6%和51.7%。COD達(dá)到劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)率由11.1%，下降至0%。氨氮達(dá)到Ⅴ類以下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)率由16.7%，下降至11.1%。詳見表1。

圖1 渾河上沙過渡區(qū)南部污水廠運行前后COD、氨氮狀況

圖2 渾河上沙過渡區(qū)南部污水廠運行前后水質(zhì)預(yù)測結(jié)果

圖3 渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)南部污水廠運行前后COD、氨氮狀況

圖4 渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)南部污水廠運行前后水質(zhì)預(yù)測結(jié)果

表1 渾河土東斷面南部污水廠運行60萬t/d后COD和氨氮預(yù)測結(jié)果

2.3 沈陽市南部污水處理廠運行80萬t/d

沈陽市南部污水處理廠建設(shè)運行投產(chǎn)后，沈水灣污水處理廠20萬t/d的尾水排入渾河上沙過渡區(qū)，沈陽市南部污水處理廠的80萬t/d尾水排入渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)，當(dāng)污水處理廠正常運行時，預(yù)測對渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)的影響。

渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)同現(xiàn)狀比較，有所改善，COD和NH3-N濃度下降幅度分別為11.6%和36.6%。詳見表2。

3 入河排污口設(shè)置的合理性分析

南部污水廠排污口所排入的功能區(qū)為渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)。沈陽市南部污水處理廠的建設(shè)和運行，將沈陽南部截流剩余污水全部處理，尾水排入渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)，對水功能區(qū)的主導(dǎo)功能會產(chǎn)生有利的影響。按照預(yù)測結(jié)果，沈陽市南部污水處理廠運行60萬t/d時，渾河金沙農(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)同現(xiàn)狀比較，明顯得到改善，COD和NH3-N濃度下降幅度分別為20.6%和51.7%。COD達(dá)到劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)率由11.1%，下降至0%。氨氮達(dá)到Ⅴ類以下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)率由16.7%，下降至11.1%。運行80萬t/d時，COD和NH3-N濃度下降幅度分別為11.6%和36.6%。沈陽市南部污水處理廠建設(shè)和運行后，水功能區(qū)水質(zhì)完全滿足農(nóng)業(yè)用水的水質(zhì)目標(biāo)要求。

表2 渾河土東斷面南部污水廠運行80萬t/d后COD和氨氮預(yù)測結(jié)果

由于沈水灣污水處理廠的處理規(guī)模為20t/d，處理能力遠(yuǎn)達(dá)不到其接納的來水量。五里河污水處理廠拆除后，其污水經(jīng)過截流暗渠匯入凌空明渠。其次工農(nóng)泵站出口、羅士圈子出口污水也通過截流暗渠進(jìn)到凌空明渠后直接排入渾河，導(dǎo)致渾河工農(nóng)橋下游謨家閘上游的水質(zhì)急劇惡化。南部污水廠的建設(shè)，可以把這些污水都吸納進(jìn)來處理，并達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)排放，可以說對渾河水質(zhì)的改善具有重大意義。排污口設(shè)立在謨家閘上游，由于大閘的阻水作用，污水廠出水與河水有很好的混合，有利于水體的自凈。其排污口的設(shè)置是可行的。

渾河上沙、金沙水功能區(qū)的現(xiàn)狀污染年物排放量COD為68939t，氨氮為6126t。當(dāng)新建污水處理廠正常運行時，每年可以削減COD為55688t，氨氮4801t。污染物的削減量達(dá)到80%以上，效果明顯。排污口的設(shè)置對水功能區(qū)納污能力、污染物總量控制等是有利的。

沈陽市南部污水處理廠入河排污口有別于一般工業(yè)或其他行業(yè)的入河排污口，它屬于專門集中處理城市廢污水后的尾水排放口。處理的廢污水規(guī)模較大，處理效果明顯，污染物的去除率較高，對區(qū)域水環(huán)境和渾河水質(zhì)的改善起著十分明顯的作用。污水處理廠的建設(shè)不但符合產(chǎn)業(yè)政策，也是流域水環(huán)境綜合整治中的重要內(nèi)容，同樣是城市區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性設(shè)施。

4 結(jié)論

通過污水處理廠入河排污口對受納水功能區(qū)水質(zhì)影響預(yù)測分析，計算結(jié)果與實際基本相符，可以看出該段的渾河水功能區(qū)水質(zhì)向好的方向轉(zhuǎn)變，降低COD、氨氮等指標(biāo)濃度。結(jié)合預(yù)測結(jié)果，個別月份COD、氨氮下降幅度出現(xiàn)負(fù)值，因此要特別加強(qiáng)污水處理廠對廢污水處理深度，對出水水質(zhì)實施在線監(jiān)測與人工監(jiān)測相結(jié)合，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，另外建議增加氨氮、COD的處理措施以減少排放量。同時為了在事故狀態(tài)下污水處理能迅速恢復(fù)正常運行，應(yīng)在主要水工建筑的容積上留有相應(yīng)的緩沖能力，并配備相應(yīng)的設(shè)備，使污水廠出水滿足對水功能區(qū)納污能力的要求。