安阳河入河排污口设置对水功能区水质影响分析

赵嵩林

（河南省安阳水文水资源勘测局，河南安阳455000）

安阳河入河排污口设置对水功能区水质影响分析

赵嵩林

（河南省安阳水文水资源勘测局，河南安阳455000）

以洹北污水处理厂为例，通过对入河污染物量进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计算、预测该项目排水对水体水质的影响，采用水质模型对污水排放对水功能区水质影响范围（长度）进行预测，根据该河段水功能区纳污能力和实际入河污染物量进行比较，以判断该入河排污口设置是否合理。

入河排污口设置；水功能区；水质影响

1 引言

通过分析安阳市洹北污水处理厂入河排污口有关信息，论证入河排污口的设置对水功能区水质的影响，根据纳污能力、排污总量控制、水生态保护等要求，提出水资源保护措施，优化入河排污口设置方案，以保障安阳市生活、生产、生态用水安全。

2 项目概况

安阳市洹北污水处理厂建设地点位于安阳市安阳河以北、光明路以东、同兴路以北、京珠高速公路以西；近期建设污水处理规模为5万t/d，远期建设规模为10万t/d；污水处理采用改良型A2/O工艺，工程占地规模58 300 m2；出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中规定的一级A标准，退水去向为安阳河。

3 入河排污口

该厂入河排污口位于安阳市京珠高速公路桥下游0.365 km处，地理位置为东经114.4093°、北纬36.1294°，管底高程66.95 m。

该厂属于混合式连续型入河排污口，采用管道方式排放，排水主要是经该厂处理过的生产和生活污水。

4 排入水体概况

安阳河发源于林州市黄花寺，自西向东穿安阳市区而过，在内黄县李大晁入卫河，全长164 km，流域面积1 920 km2。安阳市区段河长26.8 km，据安阳水文站长期观测资料统计，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。

依据《河南省水功能区划报告》（2003年），“安阳河北士旺公路桥至曹马桥上”一级区划属于安阳河安阳市开发利用区，二级区划为安阳河安阳市排污控制区，规划水质目标为Ⅳ类；“安阳河曹马桥上至入卫河口”一级区划属于安阳河安阳市开发利用区，二级区划为安阳河安阳市农业用水区，规划水质目标为Ⅳ类。

综合分析近3 a来水质监测资料，2012—2014年安阳河市区段水质类别为Ⅴ类及劣Ⅴ类，排名前三位的主要超标项目是氨氮、氟化物、化学需氧量。

5 对水功能区水质影响分析

5.1 废污水主要来源分析

废污水主要来源于厂内少量生活污水，构筑物及设备清洗水，深度处理产生的沉淀池排溺水，滤池冲洗水污泥脱水间产生的压滤废水、冲洗废水和澄清废水等。这部分废水可通过厂内污水管道进入污水处理设施，随工程废水处理达标后排放。

5.2 入河污染物量分析

该厂采用改良型A2/O法二级生物处理工艺，对接纳的废污水进行处理。设计出水水质为：化学需氧量小于50 mg/L，五日生化需氧量小于10 mg/L，悬浮物小于10 mg/L，总氮小于15 mg/L，氨氮小于5 mg/L（水温小于12℃时控制指标为8 mg/L），总磷小于0.5 mg/L。

根据安阳市环境科学研究所完成的《安阳市洹北污水处理厂工程（建设项目环境影响报告表）》，该厂所排废污水出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中规定的一级A标准，该河段区域现状水质为Ⅴ类。该厂外排水量为5万t/d（即0.58 m3/s），相对于安阳河按75%保证率下设计水文条件（设计流量为1.64 m3/s），流量较小。

根据污废水流量及出水水质污染物浓度，按以下原则计算入河污染物量。单个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数计算。

废污水年排放量按下式计算：

式中：Qa为废水年排放量（t）；Qd为每日入河污水量（t）；T为废水1 a的排放天数（d）。

污染物年排放量按下式计算：

式中：Gn为废水中某污染物年排放量（t）；Gi为废水中某污染物日排放量（t）；T为废水中某污染物1 a的排放天数（d）。

混合及生活污水的入河排污口污水排放天数一般按每年365 d计算，工业入河排污口污水排放天数按每年调查排放天数计算，一般行业污水排放天数按每年330 d计算，特殊行业按实际调查结果计算。经计算，该厂实际污染物排放总量见表1。

表1 近期主要污染物排放量

5.3 对水质影响预测分析

5.3.1 采用河流完全混合模式方法计算

该方法适用于污染物均匀混合的小型河段。河段的污染物浓度按下式计算：

式中：C为污染物浓度（mg/L）；Cp为排放的废污水中污染物浓度（mg/L）；C0为初始断面的污染物浓度（mg/L）；Qp为废污水排放流量（m3/s）；Q为初始断面的入流流量（m3/s）。

（1）设计水质目标条件下。①按75%保证率最枯月平均流量：根据河流背景断面和入河排污口水质设计结果，以COD、氨氮作为预测因子，采用河流完全混合模式预测排污口正常排水量下河流水质。经计算，当污染物在断面均匀混合后，水体中COD略有上升，含量为27.8 mg/L，小于标准限值30 mg/L，仍为Ⅳ类；氨氮上升幅度较大，为Ⅴ类。具体情况，见表2。②按90%保证率最枯月平均流量：根据河流背景断面和入河排污口水质设计结果，以COD、氨氮作为预测因子，采用河流完全混合模式预测排污口正常排水量下河流水质。经计算，当污染物在断面均匀混合后，水体中COD略有上升，含量为29.5 mg/L，小于标准限值30 mg/L，仍为Ⅳ类；氨氮上升幅度较大，为Ⅴ类。具体情况，见表3。

表2 设计条件下按75%保证率采用完全混合模式预测该项目排水对水体水质的影响分析结果

表3 设计条件下按90%保证率采用完全混合模式预测该项目排水对水体水质的影响分析结果

（2）现状水质条件下。①按75%保证率最枯月平均流量：根据安阳水文站和入河排污口水质设计结果，以COD、氨氮作为预测因子，采用河流完全混合模式预测排污口正常排水量下河流水质，当污染物在断面均匀混合后，水体中COD略有上升，含量为39.1 mg/L，混合后仍为Ⅴ类；氨氮含量为2.54 mg/L，上升幅度较大，混合后为Ⅴ类。具体情况，见表4。②按90%保证率最枯月平均流量：根据安阳水文站和入河排污口水质设计结果，以COD、氨氮作为预测因子，采用河流完全混合模式预测排污口正常排水量下河流水质，当污染物在断面均匀混合后，水体中COD略有上升，含量为39.9 mg/L，混合后仍为Ⅴ类；氨氮含量为2.71 mg/L，上升幅度较大，混合后为Ⅴ类。具体情况，见表5。

表4 现状条件下按75%保证率采用完全混合模式预测该项目排水对水体水质的影响分析结果

表5 现状条件下按90%保证率采用完全混合模式预测该项目排水对水体水质的影响分析结果

通过设计条件下在75%和90%保证率最枯月平均流量的预测结果的对比分析，污水处理厂建成后，虽然水体中COD略有上升，但含量小于标准限值30 mg/L，仍为Ⅳ类，达到了水质目标值；氨氮虽然为Ⅴ类，未达到水质目标值，但依旧达到了对污染物消减的目的。

5.3.2 污水排放对水功能区水质影响预测

（1）计算模型。采用一维水质模型，污染物沿程浓度计算公式为：

式中：Cx为流经x距离后的污染物浓度（mg/L）；x为沿河段的纵向距离（m）；u为设计条件下河段平均流速（m/s）；C0为起始断面污染物浓度（mg/L）；k为污染物综合衰减系数（1/d）。

（2）参数确定。①采用安阳水文站设计流量结果[详见《安阳河、洪河、茶点河（市区段）纳污能力计算报告》（2012）]，过水断面采用《安阳市城市防洪排涝规划》（2011—2020年）河道设计方案参数。满足75%保证率最枯月平均流量为1.64 m3/s，计算过水断面面积可得断面平均流速为0.035 m/s；满足90%保证率最枯月平均流量为1.26 m3/s，计算过水断面面积可得断面平均流速为0.026 m/s。②C0为起始断面污染物浓度（mg/L），采用河流完全混合模式方法计算，COD设计条件下按75%、90%保证率不超标，故不再计算，只计算现状条件下按75%、90%保证率的结果，COD值分别为39.1、39.9 mg/L；氨氮设计条件下按75%、90%保证率的值分别为2.05、2.26 mg/L，现状条件下按75%、90%保证率的值分别为2.54、2.71 mg/L。③污染物综合衰减系数k值按《河南省重要河湖水功能区纳污能力核定和分阶段限制排污总量控制方案实施细则》（河南省水文水资源局，2012年）要求采用《淮河流域及山东半岛水资源保护规划》分析成果。COD综合衰减系数计算公式为：

氨氮综合衰减系数计算公式为：

式中：u为计算单元设计流速（m/s）。

经计算，可得满足75%保证率条件下COD综合衰减系数为0.074（1/d），氨氮综合衰减系数为0.080（1/d）；满足90%保证率条件下化学需氧量综合衰减系数为0.068（1/d），氨氮综合衰减系数为0.075（1/d）。

（3）计算结果。①满足75%保证率条件：完全混合后现状条件下污染物COD值为39.1 mg/L，至下游10.82km处为30.0mg/L；完全混合后设计条件下污染物氨氮值为2.05 mg/L，至下游11.80 km处为1.5 mg/L；完全混合后现状条件下污染物氨氮值为2.54 mg/L，至下游19.9 km处为1.5 mg/L。②满足90%保证率条件：完全混合后现状条件下污染物COD值为39.9 mg/L，至下游9.42 km处为30.0 mg/L；完全混合后设计条件下污染物氨氮值为2.26 mg/L，至下游12.27 km处为1.5 mg/L；完全混合后现状条件下污染物氨氮值为2.71mg/L，至下游17.72 km处为1.5 mg/L。计算结果，详见表6。

表6 不同条件下污染物达标所需距离计算结果

综上所述，设计条件下，满足75%保证率，该入河排污口下游11.80 km处水体水质可恢复为Ⅳ类；满足90%保证率，该入河排污口下游12.27 km处水体水质可恢复为Ⅳ类。现状条件下，满足75%保证率，该入河排污口下游19.9 km处水体水质可恢复为Ⅳ类；满足90%保证率，该入河排污口下游17.72 km处水体水质可恢复为Ⅳ类；COD、氨氮值可实现双达标。

5.4 与该河段水功能区纳污能力比较

该入河排污口主要污染物排放量与该河段（安阳河安阳市排污控制区）水域纳污能力比较，详见表7。由表7可以看出，该入河排污口主要污染物COD、氨氮的入河量在该河段纳污能力范围内。但由于洹北污水处理厂入河排污口位于安阳河安阳市排污控制区下游，所以上游来水虽然混合稀释充分，但综合衰减距离、时间较短，可能对下游部分河段产生一定不利影响。

表7 水功能区纳污能力与主要污染物排放量对比

6 结论

（1）该厂属于混合式连续型入河排污口，采用管道方式排放，排水主要是经该厂处理过的生产和生活污水。经测算，排放的废污水量小于等于5.0万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）通过设计条件下和现状条件下预测结果的对比分析，污水处理厂建成后，虽然水体中COD略有上升，但含量小于标准限值30 mg/L，仍为Ⅳ类，达到了水质目标值；氨氮虽然为Ⅴ类，未达到水质目标值，但仍然达到了对污染物消减的目的。通过对该入河排污口主要污染物排放量与该河段（安阳河安阳市排污控制区）水域纳污能力比较，该入河排污口主要污染物COD、氨氮的入河量在该河段纳污能力范围内。由于该入河排污口设置位于安阳河安阳市排污控制区下游，虽然有上游来水对其混合稀释，但由于综合衰减距离、时间都较短，可能对下游部分河段产生一定不利影响。

（3）设计水文条件下预测该入河排污口主要污染物COD、氨氮的入河量在河段纳污能力范围内，没有改变水功能区使用功能，正常排放的污水经混合消减后水质类别无明显变化；排污口附近水生生物种群结构可能发生一定变化，如清水种减少、耐污种增加。由于本河段不是自然保护区，也不是主要产鱼区和产卵场，因此正常排放下不会对水生态环境产生明显影响。

（4）该厂处理后的污水直接排入安阳河，入河排污口的设置主要对下游潜在的灌溉取用水户联系比较密切。该水域的主要功能为排污控制区向下一段农业用水区过渡，现状水质为Ⅴ类。依据《农田灌溉水质标准》（GB5084-2005），对比洹北污水处理厂设计出水水质，COD、悬浮物、五日生化需氧量均低于项目标准值。该入河排污口排入安阳河的退水不会对该水功能区现状水质产生不利影响，故该入河排污口所排废污水对第三方取用水户影响较小。

（5）该厂入河排污口位置设于京珠高速以下0.365 km安阳河左岸（于曹闸下）的方案，可将原直、混排入安阳河于曹闸以上洹北区域废污水进行收集并经处理后排入安阳河于曹闸以下，既使得于曹闸以上城市河道景观水面水质进一步提升，又可使安阳河市区以下河段水质整体得到改善。

通过以上论证分析，其入河排放主要污染物排放量符合相关规定要求，对水生态环境和第三者也不产生明显不利影响。因此，该入河排污口位置设计基本合理。

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TV213.4；X824

A

1004-7328（2017）04-0020-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.04.007

2017—04—25

赵嵩林（1970—），男，高级工程师，主要从事水文水资源勘测分析研究工作。