河流入河排污口设置对水功能区水质影响分析

隋海波

（抚顺大伙房水库发电有限责任公司，辽宁 抚顺 113000）

新蒲新区位于遵义市老城区东部，紧邻老城区，是遵义市城市发展和对外开放的新高地。但是，新蒲新区大多数乡镇区目前排水体制为雨污合流制，集镇无集中治理设施。雨水和污水经部分排污沟渠和自然排放沟直接排入河道和附近农田。现状排水系统缺乏规划指导，系统性差、部份排水渠道断面偏小、水流不畅。由于排水体制落后，不利于污水的收集和处理，其现状已不适应城镇的发展和人民生活水平的提高，急待改善。拟建的新舟镇污水处理厂排污口位于新蒲新区新舟镇集镇，离巴洋河距离约600 m，处理规模为3000 m3/d，出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A 标准后排入巴洋河内，排污口所在巴洋河为III 类水功能区。本文在满足水功能区保护要求的前提下，分析入河排污口对水功能区水质的影响。

1 水质现状

新舟镇污水处理厂污水排放河流为巴洋河，根据水功能区划，水功能区执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中III 类水体标准。为了了解排污河流的水质现状，在排污口上游上游汇口处与下游500 m 个设置一个监测断面进行了监测，监测断面分别为W1、W2。检测结果见表1。W1、W2 断面的悬浮物不能满足《地表水资源质量标准》（SL69-93）中的二级标准，其余监测断面中各监测指标均满足《地面水环境质量标准》（GB3838-2002）中Ⅲ类水质标准的要求，说明区域水质现状较好。

表1 巴洋河地表水水质现状表

根据制定的水域限制排污总量成果，河段以地表水Ⅲ类水质为控制目标，污染物指标COD、NH3-N 的现状排放量远远小于其纳污能力，尚有剩余纳污能力，表现在河段现状水质上，单项因子COD 常年处于《地表水环境中标准》（GB3838-2002）中的Ⅲ类水水平内，浓度低于Ⅲ类水的最高限值20 mg/L；单项因子NH3-N常年处于《地表水环境中标准》（GB3838-2002）中的Ⅲ类水水平内，浓度低于Ⅲ类水的最高限值1 mg/L，水质状况较好。

2 水功能区水质浓度计算

2.1 影响范围

根据水功能区水质要求，采用数学模型预测污水排放对流域水质的影响，根据新舟镇污水处理厂入河排污口排水的主要污染物特征，选取COD、氨氮作为预测指标。排污口初步拟定影响范围为排污口断面至巴洋河汇入伏流，河长1.5 km。

2.2 数学模型

天然河流的流场计算比较复杂，选择适当的计算模型对于最终结果特别重要。本次分析将采用一维水质数学模型，对研究河段内的污染物影响范围进行模拟分析。模型方程为[1]：

当浓度达到稳态平衡，不再随时间变化，即dc/dt=0，可得：

如果不考虑弥散作用，则简化为[2]：

式中：x 为预测点离排放口的距离，m；c 为预测点（x）处污染物的浓度，mg/L；c0为排放口处污水、河水完全混合后的污染物浓度，mg/L，即向混合（弥散）系数，m2/s；ch为河流中污染物的本底浓度，mg/L；cp为废污水中污染物的浓度，mg/L；K 为河流中污染物降解速率，1/d；Qh为河流流量，m3/s；Qp为废污水排放流量，m3/s。

2.3 预测参数确定

（1）预测点离排放口的距离

排污口初步拟定影响范围为排污口断面至巴洋河汇入伏流，河长为1.5 km，故预测点离排放口的距离为1.5 km。

（2）河流纵向混合（弥散）系数Mx

根据排污口所在河流实际情况，河流纵向混合（弥散）系数采用爱尔德（Elder）法求得。爱尔德（Elder）法见下式[3]：

式中：H 为平均水深，1.26 m；I 为水力坡降，5.92‰；g 为重力加速度，取 9.80m/s2；α 为经验系数，取 5.93。

经计算，本次河流纵向混合（弥散）系数Mx取2.02 m2/s。

（3）湘江大桥过渡区预测因子本底值

取巴洋河排污口断面的监测结果作为本次预测的本底值，其中 COD：12 mg/L；氨氮：0.186 mg/L。

（4）河流中污染物降解速率K

本次污染物降解速率K 采取《水域纳污能力计算规章》（GB/T25173-2010）中的怀特经验公式进行计算[4]，计算公式如下所示：

式中：Q 为河流流量，m2/s，本次取 1.0143 m3/s。

通过计算可知，湘江大桥过渡区的污染物降解速率K 为10.23。

（5）河流流量、流速

设计流量取90%最枯月平均流量，为1.0143 m3/s。水流的纵向流速：0.26 m/s。

（6）废污水中污染物浓度、污水排放流量

经处理后的废污水中COD：60 mg/L；氨氮：8 mg/L。未经处理的废污水中COD：250 mg/L；氨氮：30 mg/L。排入湘江大桥过渡区废污水排放流量：0.0347 m3/s。

2.4 预测内容

新蒲新区新舟镇污水处理工程排放的尾水为3000 m3/d。根据污水处理工程进出口水量和水质情况分析，计算得项目污染物排放情况见表2。

表2 污水排放口尾水排放情况表

2.5 执行标准

评价河段执行GB3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水标准，即COD≤20 mg/L，氨氮≤1 mg/L。

3 结果分析

3.1 预测结果

新蒲新区新舟镇污水处理工程入河排污口设置后，排污对巴洋河的COD、氨氮浓度预测结果见表3。

表3 一维水质数学模型预测成果表

图1 COD 预测浓度与距离关系图

图2 NH3-N 预测浓度与距离关系图

由表3 知，在正常情况下，近期外排废水进入巴洋河后，从排污口至下游1.5 km 区间，在P=90%最小月的COD 和氨氮预测浓度均达GB3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准。且水质浓度变化不大，在汇口处近期COD 浓度由原来的12 mg/L 增加到13.5261 mg/L。氨氮浓度由原来的0.186 mg/L增加到0.4425 mg/L。在非正常排放情况下，近期外排废水进入巴洋河后，从排污口至下游1.5 km 区间，在P=90%最小月的COD 和氨氮预测浓度均不能满足GB3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准。

3.2 正常排放对巴洋河水质的影响分析

新蒲新区新舟镇污水处理工程建成运行后，区域的污水必须经过生活污水处理厂处理后才能排放，杜绝区域内的污水直接排入巴洋河，新蒲新区新舟镇污水处理工程的建设减轻了污水直接排放对巴洋河的水质影响作用。污水处理厂运行后，对排入巴洋河COD 削减量为208.05 t/a，NH3-N 削减量为21.9 t/a，污水正常排放情况下，不会改变巴洋河现状水质。

3.3 事故性排放对巴洋河水质的影响分析

污水处理厂在运行过程中，如果遇到设备故障或停电等突发事故，污水未得到处理，直接排入巴洋河，这种集中式排放，对巴洋河的影响较大，但事故性排放必须杜绝，设备要做到一备一用，供电必须双线路，保证污水处理厂正常运行。在非正常排放情况下，排污量严重影响巴洋河水质，必须杜绝污水事故排放。

3.4 对水功能区纳污能力影响分析

新蒲新区新舟镇污水处理工程入河排污口设置后，按已确定的设计排放规模项目排入巴洋河的污水量为近期3000 m3/d，根据出水水质浓度，计算得排入巴洋河的COD 排放量为近期65.7 t/a，氨氮排放量为8.76 t/a。由表4 可知，入河排污口设置后，排放COD 和氨氮的量符合巴洋河水域河段纳污能力的要求。

表4 河段的负荷排放情况表

4 结论

天然河流的流场计算比较复杂，选择适当的计算模型对于最终结果特别重要。本次预测结果采用的是一维水质数学模型，该模型能较好的预测污染物混合后的距离和浓度的关系。该预测法在地面水环境评价时得到广泛的应用。本次预测方法是在前人广泛运用的基础上运用的，预测成果较可靠合理。