海伦市污水处理厂提标改造及扩建工程对地表水环境影响研究

于 洋 范宁宁 贺怀振

（1、黑龙江省水利水电勘测设计研究院，黑龙江 哈尔滨150080 2、黑龙江鑫润环保工程设计有限公司，黑龙江 哈尔滨150080）

1 基本情况

1.1 污水处理厂基本情况。海伦市污水处理厂位于长发乡长丰村，瓦盆窑屯西南。海伦市污水处理厂提标改造及扩建工程将现有污水处理厂处理规模由20000m3/d 提标改造为40000m3/d，污水处理工艺采用“A2O 工艺+次氯酸钠消毒”。新建细格栅、二沉池、污泥泵站、二次提升泵站、高效澄清池、纤维转盘滤池、接触消毒池、加氯间、给水、排水、供热管线及四周道路等，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》一级A 标准排入北大沟后入七星河，最后汇入扎音河。

1.2 河道基本情况。（1）七星河。七星河位于海伦市北部，是扎音河左岸的一级支流，河口处地理坐标为，东经126°46′，北纬47°33′，发源于小仙岭西侧浅山丘陵区，向东向西流经海伦市东林乡，长发乡等地，在向荣乡腰屯汇入扎音河，流域面积204.94km2，干流全长36km。（2）扎音河。扎音河原名“扎喀河”，满语。松花江三级支流。位于海伦市北部。发源于海伦、北安、绥棱3 个县（市）交界处，自东北向西南横贯海伦市北部，在永和乡供销村附近注入通肯河。全长105km，河宽12m，水深1.5m，流域面积1264km2。每年11月中旬至次年4 月上旬为结冰期。上游为山溪性河流，多为林区；中下游属平原河流，为农业区。上游已建蓄水1.6 亿m3的大型东方红水库[1]。

1.3 水功能区情况。根据《黑龙江省地表水功能区标准》（DB23/T740-2003），海伦市污水处理厂排污口位于北大沟，北大沟为七星河支流，七星河为扎音河支流，七星河入扎音河河口所处水功能一级区为扎音河海伦市开发利用区，二级区为扎音河程家屯排污控制区。其下一水功能区为扎音河爱民过渡区，水质目标为Ⅲ类。

2 区域污染源情况

本次地表水研究范围为：北大沟：海伦市污水处理厂排污口上游500m 至北大沟入扎音河河口；七星河：北大沟汇入口至七星河入扎音河口；扎音河：向荣乡至扎音河入通肯河口。经调查，研究范围内除海伦市污水处理厂外，无工业污染源及城镇生活污染源等点源污染，受纳水体两岸以面源污染为主。

3 受纳水体水质现状

为掌握扎音河水质，收集到了2018 年5 月16 日、17 日扎音河海北大桥断面、扎音河入通肯河口（扎音河）断面2 次监测成果，同时参考2017 年10 月份扎音河爱民大桥断面水质监测数据进行现状分析。结果表明，扎音河向荣农业用水区、扎音河程家屯排污控制区和扎音河爱民过渡区现状水质均较差，超标污染物主要为COD、氨氮等[2]。超标原因有以下几个方面：（1）据调查，东方红水库是平原水库，近年来，库区水质呈污染加剧的趋势，水库下泄水质基本为Ⅳ类左右。（2）东方红水库的建设，改变了扎音河下游的天然状态，使得水库坝下流量减少，水体自净能力下降，水环境质量下降，加之两岸农田退水也加剧了水体污染，使得上断面扎音河向荣农业用水区来水水质全年Ⅳ-Ⅴ类。

4 工程运行对受纳水体水质影响

通过对工程所造成的地表水环境影响预测，分析和评价项目对受纳水体水环境可能产生的影响及影响的范围和程度，为有效预防和控制受纳水体的水环境污染提供科学的依据[3]。本工程排水最终进入扎音河，因此重点分析项目排水对扎音河的水环境影响。

4.1 混合过程段长度。混合过程段长度按照下式计算：

式中：Lm——混合段长度，m；B——水面宽度，m，取枯水期平均河宽14m；a——排放口到岸边的距离，m；u——断面流速，m/s；Ey——污染物横向扩散系数，m2/s。

Ey确定采用泰勒法，公式如下。

式中：H——平均水深，m；B——水面宽度，m；g——重力加速度，m/s2；I——水力坡降，%。

计算得Ey为0.006m2/s，代入式1 计算得混合段长度为389m，即本工程退水排入扎音河后，流经389m 长的混和过程段后，项目所排放的污染物在扎音河断面上均匀分布。

4.2 预测模型。扎音河可简化为平直河流，本项目混合过程段长度为389m，在此范围内无取水口、自然保护区等环境敏感点，也没有水功能区控制断面等主要关心断面。因此，不考虑混合过程断的衰减过程，仅针对充分混合段开展预测，预测模型采用一维稳态水质模型。

采用一维稳态水质模型进行预测：

式中：C0——上游断面污染物的浓度，mg/L；k——污染物综合自净系数，1/d；x——河段长度，km；u——功能区内设计流速，m/s；C——下游断面污染物浓度，mg/L；

断面初始浓度采用完全混合模型进行计算。

式中：C0——污染物预测浓度，mg/L；Cp——污染物排放浓度，mg/L；Ch——河流来水污染物浓度，mg/L；Qp——废水排放量，m3/s；Qh——河流来水流量，m3/s。

4.3 水文条件。北大沟、七星河为季节性河流，枯水期流量为0。按照污水排放对河流水环境最不利的影响原则，七星河入扎音河的污染物浓度及流量不进行衰减考虑，在预测中，七星河汇入扎音河口处概化为排放口，其污染物浓度及流量采用污水处理厂排放的污染物浓度及流量[4]。扎音河选择90%保障率最枯月流量作为设计流量。

4.4 预测状态。将预测本工程运行后正常工况和事故排放在各断面造成的污染物贡献值，再叠加上现状监测背景值，最后得出各断面的污染物浓度，评估本工程造成的实际影响。

4.5 预测结果。（1）完全混合后断面初始浓度。正常工况下，排污口入河所在断面经充分混合后初始浓度在经污水处理厂处理达标后COD 为50mg/L、氨氮为5（8）mg/L；事故状态下，污水处理厂处理排污后入河断面COD 为350mg/L、氨氮为30mg/L。（2）对水环境影响分析。本次影响研究范围涉及的水功能区为扎音河程家屯排污控制区和扎音河爱民过渡区。根据最不利条件下的预测结果，对正常排放和事故排放结果进行分析。

a.正常排放。由于扎音河程家屯排污控制区未设置水功能区水质目标，因此，本次重点针对扎音河爱民过渡区下断面进行达标分析，经计算，七星河入扎音河口下游11.3km 处COD 浓度为19.95 mg/L，能够达到扎音河爱民过渡区Ⅲ类水质目标；下游21.0km 处氨氮浓度为0.99 mg/L，能够达到扎音河爱民过渡区Ⅲ类水质目标。COD 和氨氮在扎音河爱民过渡区下断面均能满足相应水功能区水质目标要求。b.事故工况下。事故状态下，各预测断面处，COD 和氨氮均超过Ⅲ类水体标准要求，事故状态下污水排放，对扎音河水质冲击较大，企业应该避免事故排放。本次评价事故状态下预测结果即代表了若不建设本工程，各企业生产及生活污水直接排放入扎音河所造成的影响，预测结果表明，本工程建设对改善扎音河水质将起到显著作用。

5 结论

海伦市污水处理厂建设后，大幅削减了污染物的排放，对扎音河水质有较大改善作用，在扎音河爱民过渡区下断面COD、氨氮的浓度能够满足Ⅲ类水质目标要求，说明海伦市污水处理厂建设符合扎音河水功能区的管理要求[5]。

本项目完成后，有效的减少了水污染物的排放量，大大减少了对扎音河及其下游水质的冲击，改善水环境。

根据扎音河现状水质监测及收集的扎音河水质监测资料表明，扎音河排污控制区上游的扎音河向荣乡农业用水区（扎音河海北桥断面）水质较差，水质现状为劣Ⅴ类；而扎音河入通肯河河口水质类别为Ⅳ类，虽然不满足扎音河爱民过渡区Ⅲ类水质，但优于上游来水水质。说明扎音河上游接纳了污水汇入，尤其是两岸分布大量农田和部分村镇，而扎音河下游入通肯河口水质现状优于上游。

综上所述，海伦市污水处理厂提标改造建设符合扎音河水环境管理要求。