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河道水环境容量及污染负荷削减量的核算
孙摇晖
(中国恩菲工程技术有限公司,北京100038)
[摘摇要]摇要治理河道污染,除掌握河道污染现状和污染源等基本信息外,还须明确河道的水环境容量,进而确定污染负荷削减量。本文结合实际案例,采用零维水质模型对河道水环境容量进行核算分析,最终确定了水环境容量和污染负荷削减量,并根据现状污染负荷数据分析了河道污染源、污染物结构类型。在科学构建模型和合理选择参数前提下,可计算得到合理的水环境容量及污染物负荷削减量,为河道治理提出针对性建议,也为下一步河道的工程治理提供数据支撑。
[关键词]摇水环境容量;污染负荷;削减量
[中图分类号]X522摇摇摇[文献标志码]A摇摇摇[文章编号]1008-5122(2018)02-0046-05
CalculationofRiverWaterEnvironmentCapacityandReduction
AmountofPollutionLoad
Abstract:Inordertocontrolthepollutionofriverchannel,inadditiontobasicinformationsuchasriverpollutionstatusandpollutionsources,thewaterenvironmentcapacityofriverchannelmustbeclearlyde鄄zero鄄dimensionalwaterqualitymodelisusedtocalculateandanalyzetheriverwaterenvironmentcapaci鄄ty,andfinallythewaterenvironmentcapacityandthepollutionloadreductionamountaredetermined.Basedonthecurrentpollutionloaddata,theriverpollutionsourcesandpollutantstructuretypesareana鄄finedtodeterminethereductionamountofpollutionload.Inthispaper,basedontheactualcase,the
SUNHui
lyzed.Underthepremiseofscientificmodelconstructionandreasonableparametersselection,theidealthetargetedrecommendationsforrivermanagement,butalsoprovidesthedatasupportforthenextstepofriverengineeringgovernance.
Keywords:waterenvironmentalcapacity;pollutionload;reductionamount
waterenvironmentcapacityandreductionamountofpollutionloadcanbecalculated,itnotonlyprovides
0摇引言
根据水环境容量确定水体剩余的纳污量,为污染物总量控制提供依据。可以说水环境容量直接影响河道整治的决策,对河道水环境容量进行分析核算具有重要意义[1]。
目前我国河流水体污染较严重,加强河流水污
染防治刻不容缓,河流水污染防治与管理的前提是确定水环境容量,对于已污染的河流,可根据现状污染负荷和水环境容量确定污染物削减量,为工程治理措施提供依据;对于达到水质功能目标的河流,可
摇摇[收稿日期]2017-11-29程师,主要从事环境评价工作。
1摇污染负荷及水环境容量概述
1郾1摇污染负荷
[作者简介]孙晖(1986—),男,山东临沂人,硕士,工
河道污染负荷一般包括:点源污染负荷、面源污染负荷和内源污染负荷。点源污染负荷主要包括直接入河的城镇生活污水、工业废水、污水处理厂的尾水,一般根据城市排水工程规划、现状污水量、污水处理厂建设运营情况、排口水质水量资料、污水收集
2018年4月第2期摇摇摇摇河道水环境容量及污染负荷削减量的核算———孙摇晖·47·試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試率和管网的错接漏接率等情况分析点源污染负荷入河量。面源污染主要包括城市地表径流污染和农业面源污染。内源污染主要是河道本身底泥释放的污染物质,主要通过对污染河道的底泥污染物释放量的检测进行计算。在开展河道污染负荷现状调查的同时,还要开展污染源初步解析,明确河道污染的主要来源、途径和主要类型。一般主要考虑:城镇生活污水、污水处理厂尾水、工业企业污水、城市地表径流和底泥释放5大部分,其中城镇污水主要包括管的河段:宽浅河段;污染物在较短的时间内混合均其模型见式(2)。
式中:c0———河道入口断面污染物浓度,mg/L;
u———断面平均流速,m/s;K———污染物综合降解系数,1/s;x———沿河段的纵向距离,m。
河流二维模型:当水中污染物浓度在一个方向C=C0e-u
Kx
匀;污染物浓度在断面横向和垂向的变化可忽略。
(2)
网错接漏接污水和城中村棚户区直接进入的污水。通过计算不同来源的水污染物贡献率确定受污染类型,为进一步优化河道治理措施提供依据。
1郾2摇水环境容量概述
水环境容量是指在给定水域范围和水文条件,规定排污方式和水质目标的前提下,单位时间内该水域最大允许纳污量。水环境容量是基于对流域水文特征、排污方式、污染物迁移转化规律进行充分研究的基础上,结合环境管理需求确定的管理控制目标。水环境容量的确定是水污染物实施总量控制的依据,是水环境管理的基础[2]水环境容量的计算模型主要涉及水域概化模
。
型、水动力学模型、污染源概化模型和水质模型。其中水域概化是将天然水域概化成计算水域,概化的结果就是能够利用简单的数学模型来描述水质变化规律,同时支流、排污口、取水口等影响水环境的因素也要进行相应概化。水动力学模型一般选用最枯月设计条件。污染源概化模型包括污染源沿程位置概化和污染源概化,若排污口距离较近,可把多个排污口简化成集中的排污口。水质模型包括零维模型、一维模型和二维模型[3]零维模型:零维模型常见的表现形式为河流稀
。
释模型。符合下列条件之一的可概化为零维问题:河水流量与污水流量之比大于10~20;不需考虑污水进入水体的混合距离。其模型见式(1)。
C=CpQQpp++CQEQE
E
(1)
式中:C———mg废水与河水完全混合后污染物的浓度/L;
,
QCE———排污口上游来水流量,m3/s;EQ———上游来水的水质浓度,mg/L;Cp———污水流量,m3/s;
p河流一维模型———污水中污染物的浓度:主要适用于同时满足以下条件
,mg/L。
上是均匀的,在其余两个方向是变化的情况下,采用二维模型。其模型如式(3)。
C(x,z)=
mhu
仔E-y
x
(
4zE2uuexpyx-Kxu
)(3)
式中:C(x,z)———排污口对污染带内点(x,z)处浓
度贡献值,mg/L;
m———河段入河排污口污染物排放速率,g/s;u———污染带内的纵向平均流速,m/s;h———污染带起始断面平均水深,m;Ex—y—————敏感点到排污口纵向距离横向扩散系数,m2/s;
,m;
z———m;
敏感点到排污口所在岸边的横向距离,K—————污染物综合降解系数上游来水中污染物浓度,1/,mgs;C仔0————圆周率。
/L;
2摇水环境容量核算
本文以某市城区河道为例分析水环境容量,具
体过程如下:
2郾1摇构建模型河流概化:复杂的河道地形可进行简化处理,概化成矩形顺直河道,确定起始断面,将非稳态水流简化为稳态水流,假定流量、流速、水质均稳定。污染源概化:对河道分布的排污口数量和布置进行处理概化,把多个排污口简化成集中的一个排污口,污水量取和,污染物浓度取平均值,污水连续稳定排放,水质稳定,进入河流后混合均匀。水质模型:城市河流为小型河流(1),,选择零维模型进行分析,结合公式化条件同时考虑水体自净能力,构建河流水环境容量计算模型。根据质量守恒和概,具体如图1所示。
M=Q(cs-c0)+KVcs+q(cs-cq)
(4)
有色冶金节能摇摇摇摇摇摇摇摇摇阴环保与综合利用·48·
試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試
2郾3摇水环境容量核算
该河道水质功能类别为IV类,目前属于黑臭水体,现状水质较差,须采取综合治理措施,预期2020年水质改善达到水质功能要求,届时河段上游和支流来水水质可达到芋类标准。根据公式(4)计算该
图1摇河流水环境容量计算模型
河段现状水环境容量和2020年水环境容量,计算结果如表2所示。
式中:M———水域纳污能力,g/s;
Q———起始断面的入流流量,m3c/s;q0——————旁侧入流量起始断面的水质浓度,m3/s;
,mg/L;ccq———旁侧入流的水质浓度,mg/L;sV——————计算水域的水体体积水体的水质控制目标,m,mg3,1/;/L;2郾2摇资料调查及参数选择
K———污染物综合降解系数s。
收集水文站、水利局等部门相关资料,资料不足情况下对该河段进行现场调查,通常可获取的常规参数有:河道长度L(m)、河宽B(m)、河深H(m)、河段流速u(m/s)、入河流量Q(m3物浓度c(mg/L)等,/s)和水质污染污染物沿程变化的综合系数(1)污染物综合降解系数具体参数选择和确定如下,是计算水体纳污能力
K的确定。K是反映
:
的重要参数,为获取河段K值,委托环境监测中心进行水质化验,用二断面法推求相应K值,公式如式(5):
K=
u
x
ln(cc1
2
)
(5)
式中:cc1———河段上断面污染物浓度,mg/L;
x2——————河段长度河段下断面污染物浓度,m;,mg/L;(2)u——流量—河段流速Q和水体体积,m/s;
最不利情况下水环境质量满足水质要求V的确定。为保证河道
,计算水环境容量时采用最枯月平均流量作为计算流量。水体
体积(3)V一般通过公式起始断面的水质浓度V=Q伊Lcc/滋计算得到。
0和水质控制目标cs
的确定。水功能区类别确定0一般采用枯水期平均值。cs由该河道的。
本文选择化学需氧量(COD)、氨氮(NH总氮(TN)、总磷(TP)作为污染物计算因子,根据资4鄄N)、
料收集和现场调查,选择并确定该河段水环境容量计算参数如表1所示。
表1摇河流水环境容量计算参数
河流基本参数
Q/m3·s-1
L/m滋/m·s-1
q/m3·s-1
K/1·d-1
COD2郾6
8700
鄄N0郾TN
40郾Cs/mg·L-1COD0郾2NH4NH0郾10郾TN150郾TP4TP05COD
301郾45鄄NNH1郾0郾C4鄄NTN5TP
3mg·0L/
-1现状554郾25郾40郾82020年CqCOD20NH14鄄NTN10郾TP2mg·L/
-1
现状353郾64郾91郾2摇摇说明:K2020单位为年
1/d,20计算时乘以186400换算为11/s。
0郾2
表2摇水环境容量计算结果
单位:t/a
时间CODNH4鄄NTNTP现状-1989郾07-244郾78-358郾02-52郾042020年
1069郾92
50郾40
51郾95
10郾20
3摇3郾1摇污染负荷削减量核算及治理建议
现状污染负荷量
根据对该河段的污染源和水质现状调查,按照点源、面源、内源分析汇总该河段污染负荷量结果如表3所示。按照污染物来源汇总该河段污染物负荷量结果如表4所示。现状污染负荷入河量类型分布情况如图2所示,主要污染物入河污染负荷组成结构情况如图污染源占比依次为(1)污染源类型3所示。
:点源。根据图>面源2>分析内源,;该河道氨氮污染源COD
占比依次为:点源>面源>内源;总氮污染源占比依次为:点源>面源>内源;总磷污染源占比依次为:面源>点源>内源。说明COD、氨氮、总氮主要来自点源(2),总磷主要来自面源污染物结构。根据图。
3分析,现状入河污
2018年4月第2期摇摇摇摇河道水环境容量及污染负荷削减量的核算———孙摇晖·49·試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試摇摇
表3摇污染负荷入河总量统计表
总氮166郾4451郾944郾43222郾80
总磷3郾444郾130郾568郾14
单位:t/a
总磷8郾144郾700郾2413郾08
污染源类型
点源面源内源合计
现状污染物入河量
COD974郾56452郾294郾191431郾04
氨氮97郾4510郾510郾68108郾65
COD1596郾52569郾801郾752168郾06
2020年污染物入河量氨氮159郾658郾220郾29168郾16
总氮322郾3771郾001郾85395郾22
表4摇污染负荷入河量组成统计表
污染物来源城镇生活污水厂尾水工业企业城市地表径流底泥释放量
合计
现状污染物入河量
COD657郾00219郾0098郾56452郾294郾191431郾04
氨氮65郾7021郾909郾8510郾510郾68108郾65
总氮87郾6065郾7013郾1451郾944郾43222郾80
总磷1郾092郾200郾174郾130郾568郾14
COD854郾10657郾0085郾42569郾801郾752168郾06
2020年污染物入河量氨氮85郾4265郾708郾548郾220郾29168郾16
总氮113郾88197郾1011郾3971郾001郾85395郾22
单位:t/a
总磷1郾436郾580郾144郾700郾2413郾08
图2摇现状污染负荷入河量类型图(数据来自表3)
染物COD贡献率依次为:城镇生活>城市地表径流生活>污水厂尾水>城市地表径流>工业企业;总氮贡献率依次为:城镇生活>污水厂尾水>城市地表径流>工业企业;总磷贡献率依次为:城市地表径流污水厂尾水>城镇生活>底泥释放量。说明COD、氨氮和总氮主要来自城镇生活污水排放,总磷主要来自地表径流。
>污水厂尾水>工业企业;氨氮贡献率依次为:城镇
3郾2摇污染负荷削减量量[4],计算结果如表5所示。
污染物现状2020年
污染负荷削减量=入河污染负荷-环境容
表5摇不同时期污染负荷削减量
COD
污染物负荷削减量354郾14118郾47氨氮
581郾89344郾34总氮
单位:t/a
总磷
3448郾571126郾61
60郾253郾05
有色冶金节能摇摇摇摇摇摇摇摇摇阴环保与综合利用·50·
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图3现状污染负荷入河量结构图(数据来自表4)
3郾3摇河道治理措施建议
河道治理须采取统筹化综合治理法“截、引、净、减、调、养、测冶,截:切断点源污染产生的污水;引:将点源污染与面源污染产生的污水通过对应手段引入湿地或生态岸带等功能体;净:通过湿地或生态岸带处理污染水体;减:将水体中的有机质成分降低;调:调入新水体补入水道等;养:整治内源污染,通过微生物复合菌进行水体营养结构恢复,稳定或重建生态系统和食物链结构;测:数据检测与水体实时监测[5]。
本文建议:首先针对点源需加大污水管网改造
4摇结束语
水环境容量计算是环境管理的一项基础工作,
是河流污染防治的前提,确定合理的水环境容量对河流的治理及管理都至关重要。
[参考文献]
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整治工作指南的通知.中华人民共和国住房和城乡建设部,2015.08.28.
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和点源污染控制力度,严格治理城镇生活污水无序排放,排查并关闭河道内的非法排污口。其次加强河道内源治理,采取疏浚清淤及底泥原位修复技术;针对面源污染需要综合考虑初期雨水的收集、处理和利用。此外,为保障河道水环境容量和水质持续改善,需要从河道上游引流水质良好的活水。
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