入河排污口设置合理性分析

橙志（上海）环保技术有限公司 韩晓冉

一、引言

随着城市建设的不断完善，国家政策的要求与推进，污水纳管率攀升，各污水处理厂逐渐满负荷运行，需考虑扩建以解决新增水量的出路问题。根据《入河排污口监督管理办法》的相关规定，拟扩建的排污口需进行入河排污口设置论证。

文章以上海市某污水处理厂扩建工程为例，根据《水域纳污能力计算规程》，采用河流一维模型进行水质模拟，对排污口设置论证中模型模拟遇到的问题及排污口设置合理性分析关注的因素进行了探讨。

二、实例基本情况

（一）污水处理厂情况

某城市工业区拟扩建一座污水处理厂，污水厂现有处理规模为10万m3/d，扩建后处理总规模为14万m3/d。设计高峰系数1.50，故高峰过流流量为：140000/24/3600×1.5=2.43m3/s。扩建排污口位置和前期是一样的，位置不发生变化。本工程项目论证范围水功能区内无规模化取水口。

项目污水厂设计进出水水质指标见表1。

表1 污水厂设计进出水水质指标 单位：mg/L

（二）排入水体情况

排口纳污河道的河道长度19.76km，河口面积0.63km2，底高程-1.0 - -2m，控制河口宽度为26-40m，陆域控制宽度为46-80m，总体河流方向是由南向北，下游主干河道上无取水口。

根据纳污河道上四个监测断面的监测结果，其水质因子大部分均可达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中IV类水质标准，存在少数因子超标现象，枯水期集中在总氮、镉、粪大肠菌群，丰水期除枯水期因子外，超标因子还包括化学需氧量、生化需氧量。地表水总氮、化学需氧量、生化需氧量出现超标现象主要为农业面源污染以及上游水质影响，雨水泵站存在放江情况等原因导致。重金属因子镉在对照断面丰水期和枯水期均存在超标现象，控制断面和关心断面仅在枯水期存在超标，在丰水期均未超标，且根据现有工程验收监测报告，镉在进、出口均未检出，企业日常监测数据中镉均未发生过超标现象，说明不是因为本项目尾水排放造成的纳污河道超标现象。

（三）水功能区情况

1.水环境功能区划要求

根据该城市对纳污河流水功能区的区划结果，排污口所在水功能区执行《地表水环境》（GB3838-2002）中IV类水质标准。

2.水功能区（区域）纳污能力及限值排放总量

工程所在区域涉及黄浦江上游准水源保护区和缓冲区，污水厂的提标建设，能提高污水处理能力，进一步减小污水厂尾水对区域河道的污染负荷，从而切实保护黄浦江上游水源。一般来说，不同水质功能分区的交界线（如环境功能区交界线和行政交界线）或者边界线的数量不多，且往往离排污口很远，此种情况下容易出现排污口与控制边界之间的浓度超标，而在控制边界处达标的情况。因此，为达到较好的水环境管理效果，需要细化以及改善水环境管理方式，即在排污口和控制边界之间设置稀释混合区。在稀释混合区内，允许各类污染物浓度出现超标情况，但在混合区与交界线之间的水域，则必须达到相应的地表水水质管理标准，即位于水质功能区要求低的区域纳污能力强。本案例排口位于IV类水环境功能区，且下游均位于IV类及低于IV类，总体对污染物的纳污能力较强。

三、计算模型建立

（一）感潮河网水动力模型

水动力模型选取河网一维水动力模型，其控制方程为Saint-Venant方程组:

式中：x-距离坐标,t-时间坐标；A-过水断面面积；Q-流量；h-水位；q-旁侧入流流量；C-谢才系数；R-水力半径；α-动量校正系数；g-重力加速度。

利用Abbott六点隐式格式对上述控制方程组离散、求解，经堰闸的模拟、河网的概化，建立项目水动力模型。根据模型的率定结果可知，主要河流的水位和流量计算结果与实测值吻合较好，水位平均误差＜5%，干流流量平均误差＜15%。水动力模拟结果能够为水质模型提供较准确的流量条件。

（二）感潮河网水质模型

水质模型选取一维对流扩散方程，其基本假定是：物质在断面上完全混合；物质守恒或符合一级反应动力学（即线性衰减）；符合Fick扩散定律，即扩散与浓度梯度成正比。一维对流扩散方程写为:

式中：x-空间坐标（m）；t-时间坐标（s）；C-物质浓度（mg/L）；D-纵向扩散系数（m2/s）；A-横断面面积（m2）；q-旁侧入流流量（m3/s）；C2-源/汇浓度（mg/L）；K-线性衰减系数（1/d）。

经对流扩散方程的离散和求解、水质过程与对流扩散过程耦合计算、模型河网概化、污染负荷计算建立项目河网水质模型。根据模型的率定结果可知，水质计算结果与实测值吻合较好，平均误差在20%以内,能满足工程模拟方案要求。

四、水质模拟

（一）背景浓度的确定

背景浓度参照项目附近断面2019年水质情况综合给出，具体为 CODcr：15mg/L，NH3-N：冬季1.2mg/L、夏季0.8mg/L，TP：0.15mg/L，TN：4.5mg/L。

（二）计算工况

根据纳污河流的水文条件及污水处理厂的进出水水质标准，按如下工况进行模拟计算（见表2）。

表2 模拟方案出水浓度(mg/L)

（三）区域水质模拟结果与分析

基于模型计算结果，以CODcr为例，其增量浓度空间分布如图1-图4。

图1 方案1CODcr最大浓度增量分布图

图2 方案1CODcr平均浓度增量分布图

图3 方案2CODcr最大浓度增量分布图

图4 方案2CODcr平均浓度增量分布图

由图1-图4可知，冬季方案比夏季方案影响大。冬季纳污河道出现约100-200m河段CODcr最大增量浓度超过25mg/L，平均浓度增量超过10mg/L。

基于模型模拟结果，各污染物指标的增量浓度沿程分布结果如下：各方案尾水排放主要对排口上游下游约2km-3km河段增量浓度较高。各方案在该影响较大河段中 CODcr最大增量浓度总体介于11mg/L-26mg/L、平均增量浓度总体介于4mg/L-12mg/L，NH3-N最大增量浓度总体介于0.2mg/L-1.4mg/L、平均增量浓度总体介于0.1mg/L-0.6mg/L，TP最大增量浓度总体介于0.05mg/L-0.11mg/L、平均增量浓度总体介 于 0.015mg/L-0.05mg/L，TN最大增量浓度总体介于3.3mg/L-7.7mg/L、平均增量浓度总体介于1.2mg/L-3.5mg/L。

此外，针对尾水排放对河道超标影响，两个方案中CODcr、NH3-N最大浓度均会出现超标，冬季NH3-N平均浓度也会出现超标，TP最大浓度、平均浓度均不会出现超标。超标河段长度统计见表3。

表3 纳污河流污染物超标河段长度统计表（单位：km）

基于模型计算结果，统计了工程周边区域4个关心断面的污染物增量浓度，分析了增量浓度叠加背景浓度是否引起断面水质超标，详见图5-图7。TN无限值要求，故不对其进行分析。

图5 关心断面CODcr叠加背景浓度后浓度统计图

图6 关心断面NH3-N叠加背景浓度后浓度统计图

图7 关心断面TP叠加背景浓度后浓度统计图

总体上，四个关心断面中，③断面影响最大，其次为④，②断面影响很小，对①断面几乎没有影响。就最大增量浓度而言，叠加背景浓度后，②、④断面CODcr和NH3-N指标有所超标，①、③断面不会出现超标，TP指标均不会出现超标；就平均增量浓度而言，叠加背景浓度后，仅③断面NH3-N水质指标有所超标，其余断面其余指标均不会超标。

但经过分析，本次扩建排口对局部河道的影响比较大，但不会改变排口所在水功能区，且在IV类水质内完成混合段达标。

五、合理性分析

（一）扩建排口对水域水质影响

各类污染物在河道沿程的浓度增量峰值均出现在排口附近位置，但均不会改变排污口所在水环境功能区，且在IV类水质内完成混合段达标。

（二）扩建排口对第三者影响

工程对水源地取水口、下游水源地均不产生影响，尾水排放对影响范围水域内水生生态环境不会产生显著影响，对地下水环境影响轻微。

（三）扩建排口对区域河道防汛和通航影响

排水口工程选址不影响所处航段的航道条件，且与相邻涉水设置的距离满足安全要求。

（四）工程技术经济合理性分析

本次扩建使用原有排污口，不会新增管道长度，仅在排污口处新增箱涵减缓水流，工程技术可行性最高。且不需要对河道进行疏浚工作，经济角度性价比最高。

六、结论

本文分析了入河排污口设置论证报告中模型预测的常见参数设置，举工程实例进行了演算评价，并从排污口合理性分析所关心对水域水质影响、对第三者影响、对区域河道防汛和通航影响、工程技术经济合理性几个方面进行了实例评价。

注释

①水域纳污能力计算规程（GBT25173-2010）.

②入河排污口监督管理办法,中华人民共和国水利部令第22号.