嫩江縣污水處理廠擴排工程對水功能區(qū)影響

2016-12-27 02:33吉吉鄭國臣何佳吉

東北水利水電 2016年12期

關(guān)鍵詞：平水需氧量排污口

趙吉吉，鄭國臣，何佳吉

（松遼流域水資源保護局，吉林長春130021）

嫩江縣污水處理廠擴排工程對水功能區(qū)影響

趙吉吉，鄭國臣，何佳吉

（松遼流域水資源保護局，吉林長春130021）

文章采用建立二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型，計算污染物入水混合過程中污染物的濃度增加值，通過分析比較各水期污水處理廠排放廢水的主要污染物削減值，得出枯水期污染物削減效果優(yōu)于平水期和豐水期的結(jié)論，證明了二期工程入河排污口設(shè)置有助于改善水功能區(qū)水質(zhì)。

排污口；水功能區(qū)；污染物；水期;嫩江縣

1 概況

嫩江縣污水處理廠位于黑龍江省黑河市嫩江縣城鎮(zhèn)西北部，一期工程設(shè)計處理能力為1.5萬t/d，入河排污口位于2+800排水閘處，通過涵閘連續(xù)排放。目前污水處理廠已經(jīng)滿負荷運行，每天仍然約有0.2萬t城鎮(zhèn)退水未經(jīng)處理直接入河，污水處理廠現(xiàn)有的污水處理能力已經(jīng)不能滿足實際需求。為保障區(qū)域水資源安全，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展需要，嫩江縣污水處理廠計劃開展二期工程建設(shè)，二期工程新增污水處理能力1.5萬 t/d，項目排污口論證屬于擴大排污口，污染物排放標準將繼續(xù)執(zhí)行GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。

2 水功能區(qū)管理要求及污染物排放

2.1 水功能區(qū)管理要求

排污口所在水功能區(qū)為嫩江黑蒙緩沖區(qū)1，尼爾基庫末斷面為嫩江黑蒙緩沖區(qū)1水質(zhì)的控制斷面，位于排污口下游15 km處，代表該功能區(qū)水質(zhì)狀況。此外，嫩江黑蒙緩沖區(qū)1下游銜接嫩江尼爾基水庫調(diào)水水源保護區(qū)。

根據(jù)《松花江流域水資源保護規(guī)劃》，2020年嫩江黑蒙緩沖區(qū)1的水質(zhì)目標為III類。作為衡量水質(zhì)優(yōu)劣的重要參數(shù)，要求河流中化學(xué)需氧量濃度小于等于20 mg/L，氨氮濃度小于等于1.0 mg/ L。本文選取污染物中的的化學(xué)需氧量和氨氮作為影響水功能區(qū)水質(zhì)的重要指標進行分析論證。

2.2 二期工程建設(shè)后污染物排放

嫩江縣污水處理廠采用A2/O工藝進行污水處理。進水化學(xué)需氧量小于等于360 mg/L，氨氮小于等于30 mg/L；出水化學(xué)需氧量小于等于60 mg/ L，氨氮小于等于8 mg/L（水溫大于12℃），氨氮小于等于15 mg/L（水溫小于等于12℃）。

按上述處理效果和污水處理量，計算2020年二期工程建成后（處理能力達3萬t/a）對水質(zhì)的改善作用。二期工程建成后，豐、平、枯水期污水處理廠廢水中化學(xué)需氧量和氨氮入河削減狀況見表1。

表1 污水處理廠主要污染物削減排放狀況表

3 預(yù)測模型的選取及參數(shù)的確定

3.1 預(yù)測模型

污水入江后需流經(jīng)一段江段才能與江水充分混合。混合過程段長度由下式計算：

式中：B河流寬，m；α排放口到岸邊距離，m；u流速，m/s；H平均水深，m；I河流底坡或地面坡度，‰；g重力加速度，9.8 m/s2。

混合過程段為污染物的擴散衰減過程。采用二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型計算河流中混合過程段各種污染物的濃度增加值。模型如下：

式中：y為橫向擴散距離，m；x為縱向擴散距離，m；Cp為污染物削減濃度，mg/L；Qp為廢水排放量, m3/s；My為橫向擴散參數(shù)，m2/s；B為河流寬度，m；k1為自凈系數(shù)，d-1。

3.2 模型中參數(shù)的確定

1）設(shè)計流量

水期劃分：豐水期6—9月，平水期4月、5月、10月、11月，枯水期12—3月。

控制斷面借用上下游水文站資料確定斷面設(shè)計流量，豐、平水期采用各水期90%保證率的最小月平均流量作為設(shè)計流量，枯水期采用75%保證率的最枯月平均流量，并考慮城市污水排放量的匯入。

2）設(shè)計流速

采用連續(xù)10年的系列水文資料，按公式U= a+bQ進行線性回歸計算出模型中參數(shù)a和b值后，確定計算模型。其中，U為斷面的河水流速，m/s；Q為流經(jīng)該斷面的河水設(shè)計流量，m3/s。

3）設(shè)計平均水深

采用河段內(nèi)10年的系列水文資料，按公式：H=a+bQ進行線性回歸計算出模型中參數(shù)a，b值后，確定計算模型。其中，H為河段平均水深，m；Q為河段江水設(shè)計流量，m3/s。

4）河流寬度

采用河段內(nèi)10年的系列水文資料，按公式B= a+bQ進行線性回歸計算，計算出模型中a和b值后，確定計算模型。其中，B為河流寬度，m；Q為河段江水設(shè)計流量，m3/s。

5）綜合衰減系數(shù)

污染物綜合衰減系數(shù)K值是反映污染物沿程變化的綜合系數(shù)，它是計算水體納污能力的一項重要參數(shù)，對于不同的污染物、不同的環(huán)境條件，其值是不同的，綜合衰減系數(shù)根據(jù)實測數(shù)據(jù)估算。

污染綜合衰減系數(shù)枯水期K化學(xué)需氧量在0.058～ 0.071 d-1之間選取，K氨氮在0.072～0.084 d-1之間選?。黄剿贙化學(xué)需氧量在0.088～0.107 d-1之間選取，K氨氮在0.106～0.128 d-1之間選?。回S水期 K化學(xué)需氧量在0.121～0.146 d-1之間選取，K氨氮在0.146～0.176 d-1之間選取。綜合衰減系數(shù)計算公式如下：

式中：CA，CB為A，B斷面的污染物濃度，mg/L；u為干流流速，m/s；L為A，B斷面之間的距離，m。

4 預(yù)測結(jié)果

4.1 混合帶長度

通過式（1）計算，豐水期混合帶長75 km，平水期混合帶長58.3 km，枯水期混合帶長41.5 km。從預(yù)測結(jié)果可知，污染物在排污口至尼爾基庫末之間的15 km河道內(nèi)不能與江水完全混合，進入尼爾基水庫流經(jīng)137.7 km至庫區(qū)壩址后，江水中的污染物完全混合。從偏安全考慮，江水進入庫區(qū)后不考慮污染物的自凈作用，只考慮污染物的稀釋混合擴散過程。

4.2 模型中橫向擴散參數(shù)的估值

采用泰勒法進行計算，計算模型如下：

采用上述模型及參數(shù)，經(jīng)計算，My值分別為：豐水期1.22 m2/s，平水期0.58 m2/s，枯水期0.31 m2/s。

4.3 污染物在黑蒙緩沖區(qū)1江段的預(yù)測結(jié)果

排污口污染物正常排入嫩江后，污染物在排污口下游15 km內(nèi)的混合衰減過程通過式（2）進行預(yù)測。各水期15 km距離范圍內(nèi)污染物化學(xué)需氧量和氨氮的濃度削減情況，預(yù)測情況見表2至表4。

嫩江縣污水處理廠二期工程建設(shè)完成后，排污口下游15 km內(nèi)，預(yù)測豐水期化學(xué)需氧量削減0.036 mg/L，氨氮削減0.002 6 mg/L；平水期化學(xué)需氧量削減0.124 mg/L，氨氮削減0.009 mg/L；枯水期化學(xué)需氧量削減0.409 mg/L，氨氮削減0.020 1 mg/L。

5 結(jié) 論

通過建立的模型計算排污口下游15 km內(nèi)的主要污染物衰減值，證明了嫩江縣污水處理廠二期工程入河排污口排污削減效果受到流量影響，枯水期污染物削減效果最好，平水期次之，豐水期最差；污水處理廠二期工程建設(shè)可以較好的削弱污染物對水功能區(qū)水質(zhì)的影響，保護下游尼爾基水源地供水安全。