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摘 要：以许昌市某制浆造纸企业为例，在不同的设计情景下，对项目的水环境影响进行了预测分析，并与项目建成运行后断面实际监测值进行了对比分析。结果表明，仅考虑项目自身情况下，断面的水环境质量预测值明显偏大，在考虑区域水污染防治方案实施完成情况下，预测值更接近实际结果。
关键词：环境影响预测;制浆造纸;水环境质量
中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）24-0110-03
Prediction and Verification Analysis of Water Environmental Impact of a Pulp and Paper Project
WAN Xianqing ZHU Yanfeng
（Yellow River Institute of Ecological Environment Science， Zhengzhou Henan 450004）
Abstract：Taking a pulp and paper enterprise in Xuchang as an example， the water environment impact of the project is predicted and analyzed under different design scenarios， and the comparison is made with the actual monitoring value of the section after the project is completed and operated. The results show that the prediction value of water environment quality of the section is obviously larger when considered the project itself. The predicted value is closer to the actual result when the implementation of the regional water pollution prevention and control scheme is considered.
Keywords：environmental impact prediction;pulping and papermaking;water environment quality
造纸业是国民经济中的重要基础原材料产业之一。主要以木材、竹材、非木材等植物纤维和废纸等再生纤维为原料，通过化学、机械的方法生产纸浆，再以纸浆为原料生产纸和纸板，生产流程长，用水量大，均以水作为纤维和化学品的载体，贯穿整个生产过程[1]。
植物纤维主要由纤维素、半纤维素和木素三大部分组成，还有少量脂肪酸、无机物等。纸浆主要是提取其中的纤维素和半纤维素，其他不需要的则进入各生产工序的水体中，就产生了水污染。
目前制浆造纸行业的水环境影响评价工作中，少见有统筹考虑区域水污染防治方案，以期获得更加符合实际的水环境预测结果。作者以某纸浆造纸企业为例，利用水环境影响预测模型，考虑区域水污染防治方案实施情况，对项目实施后的水环境质量进行了预测，并与项目运行和区域水污染防治方案实施完成后的断面水质进行对比，研究预测结果的合理性，以期为同类项目的水环境影响预测与评价工作提供借鉴参考。
1 项目排水和区域水污染防治方案
1.1 项目废水排放情况
本次制浆造纸项目采用化学法制浆，废水污染源主要为黑液、污冷凝水、洗木片废水、纸浆漂白废水、纸机白水、生活污水、循环冷却水等，其中黑液送碱回收车间处理，污冷凝水、纸机白水全部回用不外排，其余废水均送厂区污水处理站处理。污水处理采用“预酸化+厌氧+好氧+催化氧化+深度处理+人工湿地”工艺。
项目排水量为8 127 m3/d，排水水质为COD≤30 mg/L、氨氮≤30 mg/L。本项目废水经厂内废水处理站处理达标后，进入湿地经湿地进一步稳定水质后排入小泥河，下游2 km后汇入灞陵河，流经5.4 km到达灞陵河大石桥断面，下游约4 km汇入清潩河，后经6 km到达清潩河高村桥断面。
1.2 区域水污染防治方案介绍
为深入开展污染防治攻堅行动，实现生态环境质量改善目标，许昌市人民政府于2018年制定了《许昌市污染防治攻坚战三年行动实施方案（2018—2020年）》[2]。其中水环境质量改善方面采取的主要有6项措施。
①实施城镇污水处理“提质增效”三年行动，加快补齐城镇污水收集和处理设施短板，尽快实现污水全覆盖、全收集、全处理。
②要对清潩河流域所有污水处理厂实施改造，出水水质应达到Ⅳ类水标准，沿清潩河流域新建或扩建城镇污水处理厂出水水质应达到Ⅳ类水标准。
③许昌瑞贝卡污水净化分公司、长葛市清源水净化公司等具备条件的县级以上污水处理厂全部配套建设相应的尾水人工湿地，进一步提升污水处理水平，同时对设计和建设存有缺陷的官庄、屯南等人工湿地进行改造。
④长葛市、魏都区要分别建设区域污水处理厂，示范区要组织新建污水处理厂，建安区要推动建设三达污水处理厂三期工程。
⑤加快推进各类各级园区污水管网和集中处理设施建设。
⑥改善河流生态流量，建设水系连通工程，最大限度地补充河流生态流量。 2 水环境影响预测思路
根据现场调查，排放口下游预测范围内无集中取水点和其他特别重要的环保目标，因此地表水预测采用一维削减模式，定量计算废水经小泥河排入灞陵河和清潩河后的水质影响。
情景一：以现状水质水量为基础，在目前河流水质现状情况下，叠加区域污染源排放情况，预测废水排放对灞陵河大石桥断面、清潩河高村桥断面的叠加影响。
情景二：根据《许昌市污染防治攻坚战三年行动实施方案（2018—2020年）》，考虑清潩河流域集中污水处理厂提标改造后出水达到地表水Ⅳ类水体标准。通过叠加区域污染源提标改造后排放情况和水环境综合整治工程的削减作用，预测废水排放对灞陵河大石桥断面、清潩河高村桥断面的叠加影响。
情景三：在情景二的基础上，进一步考虑引黄调水、补充生态流量的情况下，预测废水排放对灞陵河大石桥断面、清潩河高村桥断面的叠加影响。
情景四：在情景二的基础上，进一步考虑本项目出水经过2 km人工湿地的深度净化作用，清潩河流域集中污水处理厂出水后经人工湿地深度净化的情况下，预测废水排放对灞陵河大石桥断面、清潩河高村桥断面的叠加影响。
3 预测模型和参数
3.1 预测模型
本次地表水预测采用一维削减模式。
一维削减模式：
[C=（C0Q0+C1qQ0+q）exp（-k86 400·ux）]
式中，C为污染物浓度，g/L;q为废水量，m3/s;C1为排放污染物浓度，mg/L;C0为上游来水浓度，mg/L;Q0为上游来水流量，m3/s;[k]为水质降解系数，1/d;[x]为距排污口的距离，m;[u]为[x]方向流速，m/s。
3.2 断面水质参数
选取灞陵河大石桥断面、清潩河高村桥断面监测数据，进行水质预测，如表1。
3.3 河流流速确定
为准确获得河流流速，对灞陵河和清潩河进行了现场踏勘，用雷达测速仪对河流的流速进行了实际测量，并结合监测单位现状监测数据，确定灞陵河的平均流速为0.02 m/s，清潩河的平均流速为0.26 m/s。
3.4 降解参数
①本项目收集到《河南省水环境容量研究更新报告》中许昌市区、建安县等区域的河流的降解系数为KCOD0.2（d-1）。
②《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》中COD和NH3-N的降解系数公式为：
KCOD=0.050+0.68u （2）
K氨氮=0.061+0.551u （3）
式中：[u]为河段河流流速，m/s。
根据河流平均流速，计算出灞陵河降解系数为KCOD0.06（d-1）、K氨氮0.07（d-1），清潩河降解系数为KCOD0.23（d-1）、K氨氮0.20（d-1）。
③根据《全国地表水环境容量核定技术复核要点》中一般河道水质降解系数参考表，当水质类别为Ⅲ-Ⅴ类时，灞陵河和清潩河降解系数为KCOD0.10-0.18（d-1）、K氨氮0.10-0.15（d-1）。
④兩点法。根据河流现状监测数据，结合河流监测断面的现状监测值，按照一维削减模式进行计算，反推出灞陵河和清潩河降解系数为KCOD0.12（d-1）、K氨氮0.10（d-1）。
综上所述，保守考虑，灞陵河和清潩河COD降解系数取0.12/d，氨氮降解系数取0.10/d。
4 预测结果及评价
依据预测模型，基于确定的预测参数进行预测。具体预测结果如表2。
情景一：在现状水质条件下。在现状河流水质现状情况下，本项目废水排入小泥河后，灞陵河大石桥断面COD、NH3-N预测值分别为19.26 mg/L、0.89 mg/L，能够满足地表水Ⅲ类水体要求，清潩河高村桥断面的COD、NH3-N预测值分别为25.36 mg/L、0.74 mg/L，氨氮达标，但COD不能够满足地表水Ⅲ类水体要求[3]。
情景二：区域水环境整治最新要求条件下。结合区域水环境整治最新要求，考虑区域污染源提标改造后叠加影响和水环境综合整治工程的削减作用，灞陵河大石桥断面COD、NH3-N预测值分别为18.16 mg/L、0.81 mg/L，清潩河高村桥断面的COD、NH3-N预测值分别为18.84 mg/L、0.71 mg/L，均能够满足地表水Ⅲ类水体要求。
情景三：考虑引黄调水的情况下。在情景二的基础上，考虑引黄调水的情况下，灞陵河大石桥断面COD、NH3-N预测值分别为18.16 mg/L、0.81 mg/L，清潩河高村桥断面的COD、NH3-N预测值分别为18.83 mg/L、0.71 mg/L，均能够满足地表水Ⅲ类水体要求。
情景四：考虑人工湿地深度净化的情况下。在情景二的基础上，进一步考虑本项目出水经过2 km人工湿地的深度净化作用（保守考虑10%去除效率），清潩河流域集中污水处理厂出水后经人工湿地深度净化（保守考虑10%去除效率）的情况下，灞陵河大石桥断面COD、NH3-N预测值分别为16.62 mg/L、0.73 mg/L，清潩河高村桥断面的COD、NH3-N预测值分别为17.84 mg/L、0.66 mg/L，均能够满足地表水Ⅲ类水体要求。
5 对比分析
许昌市生态环境局公开资料显示，2020年，许昌市国控地表水责任目标断面清潩河高村桥水质类别达到Ⅲ类，圆满完成国省目标要求。根据《2020年许昌市生态环境状况公报》，清潩河临颍高村桥国控断面水质平均浓度值达到Ⅲ类目标（COD≤20 mg/L、NH3-N≤1.5 mg/L），达到考核目标要求。
该制浆造纸项目环评阶段为2018年，2019年项目建成运行。情景一条件下，清潩河高村桥断面COD、NH3-N预测值分别为25.36 mg/L、0.74 mg/L;情景二、三和四条件下，清潩河高村桥断面COD、NH3-N预测值分别为17.84～18.84 mg/L、0.66～0.71 mg/L。
将水环境影响预测结果与项目建成运行后区域生态环境质量状况进行对比，可以得出，在考虑区域水污染防治方案实施的情况下，预测结果更加符合实际情况。
6 结语
对项目的水环境影响进行了预测分析，并与项目建成运行后断面实际监测值进行了对比分析。结果表明，仅考虑项目自身情况下，断面的水环境质量预测值明显偏大，在考虑区域水污染防治方案实施完成情况下，预测值更接近实际结果。
由于区域水污染防治方案相关数据较少，本次研究用一个项目进行模拟和实测值比较，比较结果普适性还有待进一步研究。
参考文献：
[1] 徐峻，李军，陈克复.制浆造纸行业水污染全过程控制技术理论与实践[J].中国造纸，2020（4）：69-73.
[2] 许昌市污染防治攻坚战三年行动实施方案（2018—2020年）[Z].2018.
[3] 国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局.地表水环境质量标准（GB3838-2002）[S].北京：中国环境科学出版社，2002.
关键词：环境影响预测;制浆造纸;水环境质量
中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）24-0110-03
Prediction and Verification Analysis of Water Environmental Impact of a Pulp and Paper Project
WAN Xianqing ZHU Yanfeng
（Yellow River Institute of Ecological Environment Science， Zhengzhou Henan 450004）
Abstract：Taking a pulp and paper enterprise in Xuchang as an example， the water environment impact of the project is predicted and analyzed under different design scenarios， and the comparison is made with the actual monitoring value of the section after the project is completed and operated. The results show that the prediction value of water environment quality of the section is obviously larger when considered the project itself. The predicted value is closer to the actual result when the implementation of the regional water pollution prevention and control scheme is considered.
Keywords：environmental impact prediction;pulping and papermaking;water environment quality
造纸业是国民经济中的重要基础原材料产业之一。主要以木材、竹材、非木材等植物纤维和废纸等再生纤维为原料，通过化学、机械的方法生产纸浆，再以纸浆为原料生产纸和纸板，生产流程长，用水量大，均以水作为纤维和化学品的载体，贯穿整个生产过程[1]。
植物纤维主要由纤维素、半纤维素和木素三大部分组成，还有少量脂肪酸、无机物等。纸浆主要是提取其中的纤维素和半纤维素，其他不需要的则进入各生产工序的水体中，就产生了水污染。
目前制浆造纸行业的水环境影响评价工作中，少见有统筹考虑区域水污染防治方案，以期获得更加符合实际的水环境预测结果。作者以某纸浆造纸企业为例，利用水环境影响预测模型，考虑区域水污染防治方案实施情况，对项目实施后的水环境质量进行了预测，并与项目运行和区域水污染防治方案实施完成后的断面水质进行对比，研究预测结果的合理性，以期为同类项目的水环境影响预测与评价工作提供借鉴参考。
1 项目排水和区域水污染防治方案
1.1 项目废水排放情况
本次制浆造纸项目采用化学法制浆，废水污染源主要为黑液、污冷凝水、洗木片废水、纸浆漂白废水、纸机白水、生活污水、循环冷却水等，其中黑液送碱回收车间处理，污冷凝水、纸机白水全部回用不外排，其余废水均送厂区污水处理站处理。污水处理采用“预酸化+厌氧+好氧+催化氧化+深度处理+人工湿地”工艺。
项目排水量为8 127 m3/d，排水水质为COD≤30 mg/L、氨氮≤30 mg/L。本项目废水经厂内废水处理站处理达标后，进入湿地经湿地进一步稳定水质后排入小泥河，下游2 km后汇入灞陵河，流经5.4 km到达灞陵河大石桥断面，下游约4 km汇入清潩河，后经6 km到达清潩河高村桥断面。
1.2 区域水污染防治方案介绍
为深入开展污染防治攻堅行动，实现生态环境质量改善目标，许昌市人民政府于2018年制定了《许昌市污染防治攻坚战三年行动实施方案（2018—2020年）》[2]。其中水环境质量改善方面采取的主要有6项措施。
①实施城镇污水处理“提质增效”三年行动，加快补齐城镇污水收集和处理设施短板，尽快实现污水全覆盖、全收集、全处理。
②要对清潩河流域所有污水处理厂实施改造，出水水质应达到Ⅳ类水标准，沿清潩河流域新建或扩建城镇污水处理厂出水水质应达到Ⅳ类水标准。
③许昌瑞贝卡污水净化分公司、长葛市清源水净化公司等具备条件的县级以上污水处理厂全部配套建设相应的尾水人工湿地，进一步提升污水处理水平，同时对设计和建设存有缺陷的官庄、屯南等人工湿地进行改造。
④长葛市、魏都区要分别建设区域污水处理厂，示范区要组织新建污水处理厂，建安区要推动建设三达污水处理厂三期工程。
⑤加快推进各类各级园区污水管网和集中处理设施建设。
⑥改善河流生态流量，建设水系连通工程，最大限度地补充河流生态流量。 2 水环境影响预测思路
根据现场调查，排放口下游预测范围内无集中取水点和其他特别重要的环保目标，因此地表水预测采用一维削减模式，定量计算废水经小泥河排入灞陵河和清潩河后的水质影响。
情景一：以现状水质水量为基础，在目前河流水质现状情况下，叠加区域污染源排放情况，预测废水排放对灞陵河大石桥断面、清潩河高村桥断面的叠加影响。
情景二：根据《许昌市污染防治攻坚战三年行动实施方案（2018—2020年）》，考虑清潩河流域集中污水处理厂提标改造后出水达到地表水Ⅳ类水体标准。通过叠加区域污染源提标改造后排放情况和水环境综合整治工程的削减作用，预测废水排放对灞陵河大石桥断面、清潩河高村桥断面的叠加影响。
情景三：在情景二的基础上，进一步考虑引黄调水、补充生态流量的情况下，预测废水排放对灞陵河大石桥断面、清潩河高村桥断面的叠加影响。
情景四：在情景二的基础上，进一步考虑本项目出水经过2 km人工湿地的深度净化作用，清潩河流域集中污水处理厂出水后经人工湿地深度净化的情况下，预测废水排放对灞陵河大石桥断面、清潩河高村桥断面的叠加影响。
3 预测模型和参数
3.1 预测模型
本次地表水预测采用一维削减模式。
一维削减模式：
[C=（C0Q0+C1qQ0+q）exp（-k86 400·ux）]
式中，C为污染物浓度，g/L;q为废水量，m3/s;C1为排放污染物浓度，mg/L;C0为上游来水浓度，mg/L;Q0为上游来水流量，m3/s;[k]为水质降解系数，1/d;[x]为距排污口的距离，m;[u]为[x]方向流速，m/s。
3.2 断面水质参数
选取灞陵河大石桥断面、清潩河高村桥断面监测数据，进行水质预测，如表1。
3.3 河流流速确定
为准确获得河流流速，对灞陵河和清潩河进行了现场踏勘，用雷达测速仪对河流的流速进行了实际测量，并结合监测单位现状监测数据，确定灞陵河的平均流速为0.02 m/s，清潩河的平均流速为0.26 m/s。
3.4 降解参数
①本项目收集到《河南省水环境容量研究更新报告》中许昌市区、建安县等区域的河流的降解系数为KCOD0.2（d-1）。
②《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》中COD和NH3-N的降解系数公式为：
KCOD=0.050+0.68u （2）
K氨氮=0.061+0.551u （3）
式中：[u]为河段河流流速，m/s。
根据河流平均流速，计算出灞陵河降解系数为KCOD0.06（d-1）、K氨氮0.07（d-1），清潩河降解系数为KCOD0.23（d-1）、K氨氮0.20（d-1）。
③根据《全国地表水环境容量核定技术复核要点》中一般河道水质降解系数参考表，当水质类别为Ⅲ-Ⅴ类时，灞陵河和清潩河降解系数为KCOD0.10-0.18（d-1）、K氨氮0.10-0.15（d-1）。
④兩点法。根据河流现状监测数据，结合河流监测断面的现状监测值，按照一维削减模式进行计算，反推出灞陵河和清潩河降解系数为KCOD0.12（d-1）、K氨氮0.10（d-1）。
综上所述，保守考虑，灞陵河和清潩河COD降解系数取0.12/d，氨氮降解系数取0.10/d。
4 预测结果及评价
依据预测模型，基于确定的预测参数进行预测。具体预测结果如表2。
情景一：在现状水质条件下。在现状河流水质现状情况下，本项目废水排入小泥河后，灞陵河大石桥断面COD、NH3-N预测值分别为19.26 mg/L、0.89 mg/L，能够满足地表水Ⅲ类水体要求，清潩河高村桥断面的COD、NH3-N预测值分别为25.36 mg/L、0.74 mg/L，氨氮达标，但COD不能够满足地表水Ⅲ类水体要求[3]。
情景二：区域水环境整治最新要求条件下。结合区域水环境整治最新要求，考虑区域污染源提标改造后叠加影响和水环境综合整治工程的削减作用，灞陵河大石桥断面COD、NH3-N预测值分别为18.16 mg/L、0.81 mg/L，清潩河高村桥断面的COD、NH3-N预测值分别为18.84 mg/L、0.71 mg/L，均能够满足地表水Ⅲ类水体要求。
情景三：考虑引黄调水的情况下。在情景二的基础上，考虑引黄调水的情况下，灞陵河大石桥断面COD、NH3-N预测值分别为18.16 mg/L、0.81 mg/L，清潩河高村桥断面的COD、NH3-N预测值分别为18.83 mg/L、0.71 mg/L，均能够满足地表水Ⅲ类水体要求。
情景四：考虑人工湿地深度净化的情况下。在情景二的基础上，进一步考虑本项目出水经过2 km人工湿地的深度净化作用（保守考虑10%去除效率），清潩河流域集中污水处理厂出水后经人工湿地深度净化（保守考虑10%去除效率）的情况下，灞陵河大石桥断面COD、NH3-N预测值分别为16.62 mg/L、0.73 mg/L，清潩河高村桥断面的COD、NH3-N预测值分别为17.84 mg/L、0.66 mg/L，均能够满足地表水Ⅲ类水体要求。
5 对比分析
许昌市生态环境局公开资料显示，2020年，许昌市国控地表水责任目标断面清潩河高村桥水质类别达到Ⅲ类，圆满完成国省目标要求。根据《2020年许昌市生态环境状况公报》，清潩河临颍高村桥国控断面水质平均浓度值达到Ⅲ类目标（COD≤20 mg/L、NH3-N≤1.5 mg/L），达到考核目标要求。
该制浆造纸项目环评阶段为2018年，2019年项目建成运行。情景一条件下，清潩河高村桥断面COD、NH3-N预测值分别为25.36 mg/L、0.74 mg/L;情景二、三和四条件下，清潩河高村桥断面COD、NH3-N预测值分别为17.84～18.84 mg/L、0.66～0.71 mg/L。
将水环境影响预测结果与项目建成运行后区域生态环境质量状况进行对比，可以得出，在考虑区域水污染防治方案实施的情况下，预测结果更加符合实际情况。
6 结语
对项目的水环境影响进行了预测分析，并与项目建成运行后断面实际监测值进行了对比分析。结果表明，仅考虑项目自身情况下，断面的水环境质量预测值明显偏大，在考虑区域水污染防治方案实施完成情况下，预测值更接近实际结果。
由于区域水污染防治方案相关数据较少，本次研究用一个项目进行模拟和实测值比较，比较结果普适性还有待进一步研究。
参考文献：
[1] 徐峻，李军，陈克复.制浆造纸行业水污染全过程控制技术理论与实践[J].中国造纸，2020（4）：69-73.
[2] 许昌市污染防治攻坚战三年行动实施方案（2018—2020年）[Z].2018.
[3] 国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局.地表水环境质量标准（GB3838-2002）[S].北京：中国环境科学出版社，2002.