城市污水处理厂排水对水功能区的影响分析

尤 宾 张文龙

一、概况

1.新县基本情况

新县位于北纬31°28'～31°46'，东经 114°33'～115°12'之间，处河南省南端，大别山腹地，鄂豫皖三省六县结合部，跨长江、淮河两大流域，境域东西长61.6km，南北宽40.7 km。境内有长江、淮河两大流域六大水系，流域面积1574km2。

2.新县污水处理厂情况

新县污水处理厂位于新县城区北部，潢河西岸，潢河北路以东，方湾村以北，白果树村以南。处理规模为2.5万t/d，污水处理工艺采用改良型氧化沟法。设计进水水质：化学需氧量（CODcr）300mg/L，五日生化需氧量150mg/L，悬浮物 180mg/L，氨氮32mg/L，总磷 3mg/L，pH6～9。设计出水水质：设计出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中规定的一级B标准，化学需氧量（CODcr）≤60mg/L，五日生化需氧量≤20mg/L，悬浮物≤20mg/L，氨 氮≤8mg/L，总磷≤1.5mg/L。退水去向为潢河。

二、所在水功能区情况

依据《河南省水功能区划报告》（2003），潢河新县段涉及两个一级水功能区：潢河新县连康山自然保护区和潢河潢川开发利用区。新县污水处理厂位于一级水功能区潢河潢川开发利用区中的二级水功能区潢河光山过渡区（长度20km，水质目标三类）。在潢河光山过渡区的上下游区是二级水功能区潢河新县排污控制区和潢河光山饮用水源区（长度25km，水质目标三类）。

三、污水厂排水对水功能区水质及水生态影响分析

1.影响范围

新县污水处理厂在潢河新县段设置入河排污口，尾水直接进入潢河光山过渡区，纳污河段为潢河光山过渡区。

污水厂排水影响范围为新县污水处理厂入河排污口～光山县龙山枢纽，约45km，包括潢河光山过渡区、潢河光山饮用水水源区。

2.计算条件

（1）水质初始浓度值Co：根据上一个水功能区的水质目标值来确定Co，即上一个水功能区的水质目标值就是下一个水功能区的初始浓度值Co。计算单元初始浓度值按“Ⅲ类水标准值”作为初始浓度，见表1。

表1 潢河新县段计算单元水质初始浓度值表

（2）水质目标值浓度 Cs：按“Ⅲ类水标准值”作为目标浓度，同表1。

（3）设计流量。选取新县水文站2001～2015年共15年最枯月平均流量资料作为计算系列，经计算，新县水文站满足90%保证率最枯月平均流量为1.25m3/s，平均流速为0.10m/s。

3.对水功能区水质影响分析

（1）采用河流完全混合模式方法计算

河段的污染物浓度按下式计算：

式中：C—污染物浓度，mg/L；

Cp—排放的废污水污染物浓度，mg/L；

Co—初始断面的污染物浓度，mg/L；

Qp—废污水排放流量，m3/s；

Q—初始断面的入流流量，m3/s。

1）设计水文条件下

根据河流上断面（初始浓度值Co）和入河排污口出水设计值，以CODcr、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，计算结果：90%保证率下，水体水质CODcr含量为27.5mg/L，混合后略高于该水功能区水质目标三类标准；氨氮含量为2.31mg/L，混合后高于该水功能区水质目标三类，见表2。

表2 设计水文条件下使用完全混合模式预测排水对水体水质的影响分析表

2）上游来水现状条件及污水处理厂设计条件下

选取2017年1～6月，河南省水环境监测中心信阳分中心在新县污水处理厂排污口上游“新县水文站断面下游3km”断面监测数据平均值作为背景浓度值。

入河排污口采用污水处理厂出口设计值。

根据上游来水实测结果，以CODcr、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，CODcr含量为18.9mg/L，混合后低于该水功能区水质目标三类；氨氮含量为1.47mg/L，比上游来水略有上升，混合后高于功能区水质目标三类，见表3。

表3 现状条件下使用完全混合模式预测排水对水体水质的影响分析表

通过设计水文条件下和现状条件下预测结果的对比分析：90%保证率设计水文条件下，CODcr略高于水质目标值，氨氮含量高于水质目标值。

现状条件下，上游来水CODcr、氨氮含量均低于污水处理厂排放浓度，上游来水对污水处理厂排放的退水污染物浓度有一定的稀释能力，CODcr低于该功能区水质目标，混合后的氨氮仍高于该功能区水质目标。

（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如下：

C=Coexp（-kx/u）

式中：

C—出流污染物浓度，mg/L；

x—与起始断面间的距离，km；

u—设计条件下河段平均流速，m/s；

Co—起始断面污染物浓度，mg/L；

k—污染物综合衰减系数，1/d。

2）参数确定

①断面平均流速

90%保证率设计条件下，忽略完全混合距离，断面平均流速为0.10m/s，污水厂入河排污口至河南光山泼河口距离为16km。

现状条件下，忽略完全混合距离，断面平均流速为0.12m/s，污水厂入河排污口至河南光山泼河口距离为16km。

②Co

起始断面污染物浓度，mg/L。

③综合衰减系数

污染物综合衰减系数k值采用《淮河流域及山东半岛水资源保护规划》分析成果，即：

化学需氧量（CODcr）

k=0.050+0.68u

氨氮（NH4+-N）

k=0.061+0.55lu

式中：u—计算单元设计流速，m/s；

k—综合衰减系数，L/d。

计算可得：90%保证率设计条件下，化学需氧量（CODcr）综合衰减系数为 0.118（L/d）；氨氮（NH4+-N）综合衰减系数为 0.116（L/d）。

现状条件下，化学需氧量综合衰减系数为 0.132（L/d），氨氮综合衰减系数为 0.127（L/d）。

3）计算结果

①设计条件下

90%保证率设计条件下，完全混合后污染物到达该功能区下断面（光山泼河口）CODcr值为 22.1mg/L，不达标，影响范围为入河排污口以下23.317km；氨氮值为1.86mg/L，不达标，影响范围为入河排污口以下62.361km。

②现状条件下

现状条件下，完全混合后污染物到达该功能区下断面（光山泼河口）CODcr值为15.4mg/L，达标，由于完全混合后达标，故影响范围为入河排污口以下0km；氨氮值为1.21mg/L，不达标，影响范围为入河排污口以下31.452km。

（3）出水口排放浓度控制

由以上分析可知，现状条件下CODcr在该功能区下断面（光山泼河口）均能够达标，故不再验算其出水口控制值。

在设计水量不变的前提下，其他条件下需要降低氨氮和CODcr的实际排放浓度，提高出水设计标准，才能满足下该水功能区下断面氨氮上限浓度值 （1.0mg/L） 和 CODcr上限浓度值（20mg/L）的要求。

1）90%保证率设计条件下

按公式推断CODcr出水口的排放浓度应该为≤45.5mg/L。

按公式推断氨氮出水口的排放浓度应该为≤2.28mg/L。

2）现状条件下

按公式推断氨氮出水口的排放浓度应该为≤5.18mg/L。

4.对水生态的影响分析

在设计水量不变的前提下，需要降低氨氮实际排放浓度，提高出水设计标准,污水经混合消减后，该水功能区下断面水质目标可以达到Ⅲ类。排污口附近水生生物种群结构可能因水质影响发生一定变化，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。

5.对地下水影响的分析

新县污水处理厂建设前，区域部分沟渠、管道雨污未经分流，也未做防渗处理，下渗至地下造成浅层地下水污染，同时污水蒸发会造成周边空气环境质量下降。新县县城污水处理厂建设运行对区域污废水进行收集处理，所排污水的水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中规定的一级B标准，无疑对下游区域地下水及潢河水质整体改善具有积极意义。

6.对第三者影响分析

新县污水处理厂入河排污口排水主要对其下游潜在的灌溉取用水户联系比较密切。依据《农田灌溉水质标准》（GB5084-2005），对比新县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《农田灌溉水质标准》标准值。该厂入河排污口排入潢河的退水不会对该水功能区农田灌溉产生不利影响，故该入河排污口所排废污水对第三方取水用户影响较小■